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弱酸+乙醇+低溫華盛頓大學(xué)實現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料的再循環(huán)

2017-07-13 09:41:13 作者：本網(wǎng)整理來源：浙江在線分享至：

據(jù)外媒報道，美國華盛頓州立大學(xué)（WSU）機(jī)械與材料工程學(xué)院（School of Mechanical and Materials Engineering）的教授Jinwen Zhang與他的團(tuán)隊首次研發(fā)了碳纖維塑料的再循環(huán)方法，其采用弱酸在低溫條件下對碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行化學(xué)分解，以便日后的循環(huán)再利用。

隨著汽車輕量化的發(fā)展，兼具輕量化、安全性、舒適度和可靠性等優(yōu)異性能的碳纖維復(fù)合材料（也譯作為“碳纖維強化塑料”，Carbon fiber reinforced plastics）的使用正呈現(xiàn)上升趨勢，然而，這類材料卻并非沒有瑕疵，該材質(zhì)往往難以分解或循環(huán)再利用，使人們逐漸開始關(guān)注對該材料的回收處理。該材質(zhì)與熱塑性塑料不同（thermoplastics），無法輕易實現(xiàn)固化、分解并還原為初始的原材料。

業(yè)內(nèi)常用的處理方式弊端多

為實現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料的循環(huán)再利用，大多數(shù)情況下，研究人員會采用機(jī)械設(shè)備將該材料磨碎，或利用超高溫度使其發(fā)生分解，抑或是在嚴(yán)苛的化學(xué)條件，將其還原為昂貴的碳纖維材料。

然而，在采用上述工藝后，碳纖維通常會受損，且殘存的化學(xué)物質(zhì)往往具有腐蝕性，會對人體造成危害。更糟糕的時，難以實現(xiàn)廢棄物的妥善處理。此外，若采用上述處理方式，會對該材料所含的樹脂基材料（matrix resin material）造成破壞，生成各類化學(xué)物質(zhì)，由于難以清除趕緊，進(jìn)而加大了廢棄物的處理難度。

多種弱酸+液態(tài)乙醇+低溫操作

Jinwen Zhang教授與他的團(tuán)隊為解決碳纖維復(fù)合材料的循環(huán)再利用問題，他們研發(fā)并采用了一種新的化學(xué)回收法：他們將多種弱酸（mild acids）作為催化劑，將其添加到液態(tài)乙醇中，在低溫條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得該類熱固性材料（thermosets）被分解。值得一提的是，他們在試驗中采用了結(jié)合使用了多種化學(xué)品。

為提高固化材料的分解速率，研究人員提升了材料溫度，使含有催化劑的液體得以滲入到復(fù)合材料中，進(jìn)而實現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料的化學(xué)分解。Zhang采用乙醇液體，使樹脂體積發(fā)生膨脹，隨后又用氯化鋅分解碳氮鍵（carbon-nitrogen bonds），這一步可謂至關(guān)重要。

他表示：“該回收方法的關(guān)鍵在于研發(fā)高效的催化體系（catalytic system），使其能夠滲透到固化后的樹脂中，進(jìn)而使固化樹脂的化學(xué)鍵被分解。”

該研究團(tuán)隊還研發(fā)了一套高效的方法，妥善保存碳纖維與樹脂，以便以后再利用上述材料。目前，該團(tuán)隊已為其技術(shù)申請專利，并致力于推動該技術(shù)的商業(yè)化運作。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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