诺丁汉大学开发碳纤维回收新法
时间：2015-01-31 10:08:44
本报讯 碳纤维增强塑料(CFRP)复合材料最初被用于航空航天、汽车比赛及高端体育用品领域，目前这种材料正逐渐应用到许多新的制造领域中，对这些新领域而言，产品具有良好的性能、高强度和轻重量是非常重要的。近几十年来随着价格的回落和技术的成熟，碳纤维已广泛用于商务飞机和民用飞机、娱乐、工业以及其他领域中。
据了解，航空航天工业是碳纤维的最大消费市场，碳纤维使用量占总使用量的21%。根据Lucintel公司的一份报告，过去5年中全球碳纤维市场一直以两位数字增长。处理一个使用寿命结束的复合材料结构变得非常困难。虽然垃圾填埋场仍然是最便宜的选择，但大多数欧盟成员国2004年都颁布了法律，禁止复合材料的填埋处理。填埋处理不是好的选择，因为，碳热固性材料是非降解的，而且它们将引起健康和安全隐患。
碳纤维回收是由政府研究奖励因素驱动的，也是由制造商渴望拥有绿色制造工艺和产品的愿望驱动的。一些回收碳纤维的商业可行办法，如高温分解法、微波辐射法(用于加强高温分解)及流化床法，可以进行碳纤维回收，但是这些方法会导致纤维长度变短，纤维降级，最终导致纤维性能的降低。
据专家介绍，英国诺丁汉大学的一个研究小组已经研发出一种回收碳纤维的方法，这种方法将保留几乎100％的纤维性能。一种经济实惠的溶剂体系已经被开发出来，用来溶解复合材料中的环氧树脂，从而分离出单一形式的碳纤维，而不破坏它们的长度。该研究小组利用了超临界流体的溶解能力，这些超临界流体为一类在其他行业已被证明有效的溶剂。
科学家们研究了超临界水、二氧化碳还有一些有机溶剂包括乙醇、甲醇和丙酮，最后选用了丙醇——一种价格较低的短链醇，这种醇处在正常状态就很适合用于溶解树脂。选用醇是非常好的，因为它们只需要适度的压力(2～7兆帕)就可以进入超临界状态，尽管需要温度较高，为200℃~450℃。与水相比这种醇更便于他们使用，水需要22.1兆帕的压力和374℃的高温来达到临界点。
另外，乙醇和甲醇在溶解玻璃纤维复合材料中的聚酯树脂时很有效，但不能很好的溶解环氧树脂，丙醇(正丙醇)却可以顺利地分解环氧树脂。试验结果表明，回收的碳纤维具有很高的强度和刚度，是原始强度和刚度的99%。
目前为止，这些实验只是在实验室内进行操作，还需要投入更多的研究才能使这一过程商业化。
据专家介绍，碳纤维回收具有三重环境效益：阻止了碳纤维使用一次后就被填埋的浪费；同时，使用回收碳纤维制作的部件也是可回收的，因为碳可以保留原始性能中重要的一部分，即便是在二次利用后也是如此；此外，回收过程本身就已经大大减少了能源消耗。
（陶璐璐）
据了解，航空航天工业是碳纤维的最大消费市场，碳纤维使用量占总使用量的21%。根据Lucintel公司的一份报告，过去5年中全球碳纤维市场一直以两位数字增长。处理一个使用寿命结束的复合材料结构变得非常困难。虽然垃圾填埋场仍然是最便宜的选择，但大多数欧盟成员国2004年都颁布了法律，禁止复合材料的填埋处理。填埋处理不是好的选择，因为，碳热固性材料是非降解的，而且它们将引起健康和安全隐患。
碳纤维回收是由政府研究奖励因素驱动的，也是由制造商渴望拥有绿色制造工艺和产品的愿望驱动的。一些回收碳纤维的商业可行办法，如高温分解法、微波辐射法(用于加强高温分解)及流化床法，可以进行碳纤维回收，但是这些方法会导致纤维长度变短，纤维降级，最终导致纤维性能的降低。
据专家介绍，英国诺丁汉大学的一个研究小组已经研发出一种回收碳纤维的方法，这种方法将保留几乎100％的纤维性能。一种经济实惠的溶剂体系已经被开发出来，用来溶解复合材料中的环氧树脂，从而分离出单一形式的碳纤维，而不破坏它们的长度。该研究小组利用了超临界流体的溶解能力，这些超临界流体为一类在其他行业已被证明有效的溶剂。
科学家们研究了超临界水、二氧化碳还有一些有机溶剂包括乙醇、甲醇和丙酮，最后选用了丙醇——一种价格较低的短链醇，这种醇处在正常状态就很适合用于溶解树脂。选用醇是非常好的，因为它们只需要适度的压力(2～7兆帕)就可以进入超临界状态，尽管需要温度较高，为200℃~450℃。与水相比这种醇更便于他们使用，水需要22.1兆帕的压力和374℃的高温来达到临界点。
另外，乙醇和甲醇在溶解玻璃纤维复合材料中的聚酯树脂时很有效，但不能很好的溶解环氧树脂，丙醇(正丙醇)却可以顺利地分解环氧树脂。试验结果表明，回收的碳纤维具有很高的强度和刚度，是原始强度和刚度的99%。
目前为止，这些实验只是在实验室内进行操作，还需要投入更多的研究才能使这一过程商业化。
据专家介绍，碳纤维回收具有三重环境效益：阻止了碳纤维使用一次后就被填埋的浪费；同时，使用回收碳纤维制作的部件也是可回收的，因为碳可以保留原始性能中重要的一部分，即便是在二次利用后也是如此；此外，回收过程本身就已经大大减少了能源消耗。
（陶璐璐）
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