英國諾丁漢大學(xué)開創(chuàng)碳纖維回收新紀(jì)元
據(jù)了解,英國諾丁漢大學(xué)的一個研究小組目前已經(jīng)研發(fā)出一種回收碳纖維的方法,這種方法將保留幾乎100%的纖維性能。該研究小組利用超臨界流體的溶解能力,開發(fā)了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的溶劑體系,用于溶解復(fù)合材料中的環(huán)氧樹脂,從而分離出單一形式的碳纖維而不破壞它們的長度。
目前,一些回收碳纖維的商業(yè)可行辦法,如高溫分解法、微波輻射法(用于加強(qiáng)高溫分解)及流化床法,可以進(jìn)行碳纖維回收,但是這些方法會導(dǎo)致纖維長度變短,纖維檔次降低,最終導(dǎo)致纖維性能的降低。
該小組研究了超臨界水、二氧化碳還有一些有機(jī)溶劑包括乙醇、甲醇和丙酮,最后選用了丙醇這種價格實(shí)惠的短鏈醇,丙醇在正常狀態(tài)下就能溶解樹脂。在適度的壓力(2~7兆帕)下,丙醇可以進(jìn)入超臨界狀態(tài),需要的溫度較高為200℃~450℃。而水達(dá)到臨界點(diǎn)需要22.1兆帕的壓力和374℃的高溫。乙醇和甲醇在溶解玻璃纖維復(fù)合材料中的聚酯樹脂時很有效,但不能很好的溶解環(huán)氧樹脂。試驗(yàn)結(jié)果表明,回收的碳纖維具有很高的強(qiáng)度和剛度,是原始強(qiáng)度和剛度的99%。不過直到目前,這些實(shí)驗(yàn)都還只是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行操作。
因全球使用量的逐步增加,碳纖維回收被多個國家提上議事日程。碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)復(fù)合材料最初被用于航空航天、汽車比賽及高端體育用品領(lǐng)域,目前這種材料正逐漸應(yīng)用到許多新的制造領(lǐng)域中。
根據(jù)相關(guān)報告,過去5年中全球碳纖維市場一直以兩位數(shù)字增長,未來雖然增幅可能放緩但增長態(tài)勢還將持續(xù),產(chǎn)值將從2008年的15億美元增長到2014年的25億美元。
從世界范圍內(nèi)看,處理使用壽命結(jié)束的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)仍然比較困難。雖然垃圾填埋場仍然是最便宜的選擇,但大多數(shù)歐盟成員國2004年都頒布了法律,禁止復(fù)合材料的填埋處理,因?yàn)樘紵峁绦圆牧鲜欠墙到獾模鼈儗⒁鸾】岛桶踩L(fēng)險。同時,直接廢棄碳纖維復(fù)合材料也不經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。因此各國對碳纖維回收新方法都高度關(guān)注。碳纖維回收具有三重環(huán)境效益:阻止了碳纖維使用一次后就被填埋的浪費(fèi);使用回收碳纖維制作的部件還可以進(jìn)行多次回收;回收過程本身大大減少了能源消耗。

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