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高效、高质的碳纤维复合材料收回技能得到飞速进展 

发布时间:2018-03-02 14:51:16  来源:互联网  我来说两句()

高性能纤维因为具有优于一般纤维的优异物理、化学性能,近年来在航空航天、轿车、环境工程等很多范畴使用和开展十分迅速。与此同时,高性能纤维强度高、模量高、耐腐蚀性能好等特性也决议了其制品抛弃处理和再使用难度更大。抛弃的高性能纤维制品如不能妥善处理或再使用,既是对环境的污染,亦是对资源的极大糟蹋。


尤其是对占碳纤维市场90%以上的碳纤维复合资料,其收回再使用技能研讨和使用现已火烧眉毛。



碳纤维复合资料抛弃物首要为出产进程抛弃物以及经使用后作废的抛弃物。据统计,仅在将碳纤维加工成终究制品的进程中就约有30%的纤维在各个工序中被糟蹋,这意味着现在每年在出产进程中抛弃的碳纤维高达2.4万t。出产进程中发生的抛弃碳纤维经过堵截制成短纤维、非织造布等简单收回,而碳纤维复合资料抛弃后收回则难度大、本钱高。




日本早在2006年就开端开发碳纤维再生技能,并成功开宣布可操控收回碳纤维(RCF)长度,并可除掉金属杂质和树脂残渣量低的再生碳纤维技能。现在,发达国家已有具备工业化RCF出产才能的企业,包含日本碳纤维再生工业公司,东丽、东邦Tenax和三菱丽阳公司,德国CFK Valley Recycling、ELG Carbon Fiber公司,美国Carbon Conversions公司、MIT LLC公司,德国宝马和美国波音公司等。


CFK Valley Recycling的产业化RCF出产线(1分选;2热解;3外表处理;4切开;5分销)


此外,日本精密陶瓷中心(JFCC)与大同大学、信州大学、静冈大学,德国西门子中央研讨院、RWTH Aachen大学纺织技能研讨所、萨克森纺织研讨所(STFI)、Karl Mayer 公司,美国Adherent Technologies公司、华盛顿州立大学,上海交通大学、哈尔滨工业大学等均已致力于RCF出产技能的研讨。


MIT LLC公司用RCF出产的轿车零部件



RCF制成绗缝非织造资料及用于宝马i3和i8的CFRP


从收回办法来看,依据碳纤维复合资料抛弃物资料成份及特性,现在国内外碳纤维复合资料抛弃物的办法首要包含化学收回、能量收回和物理收回 3 种办法,其间,用于收回抛弃物中价值较高的碳纤维的办法首要为化学收回法。化学收回法依据收回技能和设备又可分为流化床收回工艺、热裂解收回工艺及超临界流体收回工艺 3 种。热裂解收回工艺是现在最首要的工业化RCF出产工艺,是在无氧情况下,经过高温(400 ~ 500 ℃)将预处理后的复合资料中的树脂分化、去除(碳纤维、填料等不发生化学反响),从而完成对碳纤维或其它资料的收回。树脂分化后成分以苯酚为主,还可进行酚醛树脂或环氧树脂的制作。



ELG Carbon Fibre公司RCF产品


因为热裂解工艺一般需要进行预破坏,因而经过该工艺得到的RCF一般为短纤维或进一步加工成的非织造资料,日本JCMA收回厂联合东丽株式会社、日本帝人集团和日本三菱丽阳株式会社,研制出不需要预破坏就可进行热解进程的RCF出产技能,并完成工业化出产,具有60 t/a的收回才能。

除此之外,因为常用的热裂解工艺在收回进程中不免对纤维形成损害,因而如何以更低的性能丢失完成更高价值的碳纤维收回仍是该范畴的一个首要难题。美国ATI公司经过低温化学处理去除树脂以及一些污染物,再经真空高温分化剩下的树脂,获得了99%纯度的纤维。西班牙巴利亚多利德大学和英国诺丁汉大学的研讨表明,流体体系及碱性催化剂可促进树脂的降解,前进反响速率,经过改动流体速率和碱性催化剂份额,完成了在15分钟内降解95%以上树脂的收回办法,且收回纤维强度可坚持原纤维85% ~ 99%的强度。

随着研讨的深化和技能水平前进,一些收回技能声称RCF的机械性能现已可到达原生碳纤维水平。如从热固性树脂的固化动身,Connora Technologies公司开发了一种名为Recyclamine®的新式环氧树脂体系,固化后的环氧树脂具有可被酸分化的缩醛键,从而使得终究的聚合物三维网络具有酸降解的性质,因而其碳纤维复合资料可在100 ℃的乙酸中分化,完成碳纤维的100%重复使用。酸溶液中和后溶解的聚合物可从溶液中沉积出来,收回为具有热塑性的聚合物。


Recyclamine® 技能完成碳纤维的100%重复使用

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