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弱酸+乙醇+低温 华盛顿大学实现碳纤维复合材料的再循环

2017-07-12 16:27:46 李文龙 盖世汽车
核心提示:据外媒报道,美国华盛顿州立大学(WSU)机械与材料工程学院(School of Mechanical and Materials Engineering)的教授Jinwen Zhang与他的团队首次研发了碳纤维塑料的新再循环方法,其采用弱酸在低温条件下对碳纤维复合材料进行化学分解,以便日后的循环再利用。该研究团队还研发了一套高效的方法,妥善保存碳纤维与树脂,以便以后再利用上述材料。

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盖世汽车讯 据外媒报道,美国华盛顿州立大学(WSU)机械与材料工程学院(School of Mechanical and Materials Engineering)的教授Jinwen Zhang与他的团队首次研发了碳纤维塑料的再循环方法,其采用弱酸在低温条件下对碳纤维复合材料进行化学分解,以便日后的循环再利用。

随着汽车轻量化的发展,兼具轻量化、安全性、舒适度和可靠性等优异性能的碳纤维复合材料(也译作为“碳纤维强化塑料”,Carbon fiber reinforced plastics)的使用正呈现上升趋势,然而,这类材料却并非没有瑕疵,该材质往往难以分解或循环再利用,使人们逐渐开始关注对该材料的回收处理。该材质与热塑性塑料不同(thermoplastics),无法轻易实现固化、分解并还原为初始的原材料。

业内常用的处理方式弊端多

为实现碳纤维复合材料的循环再利用,大多数情况下,研究人员会采用机械设备将该材料磨碎,或利用超高温度使其发生分解,抑或是在严苛的化学条件,将其还原为昂贵的碳纤维材料。

然而,在采用上述工艺后,碳纤维通常会受损,且残存的化学物质往往具有腐蚀性,会对人体造成危害。更糟糕的时,难以实现废弃物的妥善处理。此外,若采用上述处理方式,会对该材料所含的树脂基材料(matrix resin material)造成破坏,生成各类化学物质,由于难以清除赶紧,进而加大了废弃物的处理难度。

多种弱酸+液态乙醇+低温操作

Jinwen Zhang教授与他的团队为解决碳纤维复合材料的循环再利用问题,他们研发并采用了一种新的化学回收法:他们将多种弱酸(mild acids)作为催化剂,将其添加到液态乙醇中,在低温条件下发生化学反应,使得该类热固性材料(thermosets)被分解。值得一提的是,他们在试验中采用了结合使用了多种化学品。

为提高固化材料的分解速率,研究人员提升了材料温度,使含有催化剂的液体得以渗入到复合材料中,进而实现碳纤维复合材料的化学分解。Zhang采用乙醇液体,使树脂体积发生膨胀,随后又用氯化锌分解碳氮键(carbon-nitrogen bonds),这一步可谓至关重要。

他表示:“该回收方法的关键在于研发高效的催化体系(catalytic system),使其能够渗透到固化后的树脂中,进而使固化树脂的化学键被分解。”

该研究团队还研发了一套高效的方法,妥善保存碳纤维与树脂,以便以后再利用上述材料。目前,该团队已为其技术申请专利,并致力于推动该技术的商业化运作。

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文章标签: 轻量化 黑科技 前瞻技术

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