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                新方法讓碳縴維塑料有望循環使用
                2020-02-22
                         據外媒報道,美國華盛頓州立大學(WSU)機械與材料工程學院(School of Mechanical and Materials Engineering)的教授Jinwen Zhang與他的團隊首次研發了碳縴維塑料的再循環方法,其采用弱酸在低溫條件下對碳縴維復合材料進行化學分解,以便日後的循環再利用。

                  隨著汽車輕量化的發展,兼具輕量化、安全性、舒適度和可靠性等優異性能的碳縴維復合材料(也譯作為“碳縴維強化塑料”,Carbon fiber reinforced plastics)的使用正呈現上升趨勢,然而,這類材料卻並非沒有瑕疵,該材質往往難以分解或循環再利用,使人們逐漸開始關注對該材料的回收處理。該材質與熱塑性塑料不同(thermoplastics),無法輕易實現固化、分解並還原為初始的原材料。

                  業內常用的處理方式弊端多

                  為實現碳縴維復合材料的循環再利用,大多數情況下,研究人員會采用機械設備將該材料磨碎,或利用超高溫度使其發生分解,抑或是在嚴苛的化學條件,將其還原為昂貴的碳縴維材料。

                  然而,在采用上述工藝後,碳縴維通常會受損,且殘存的化學物質往往具有腐蝕性,會對人體造成危害。更糟糕的時,難以實現廢棄物的妥善處理。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,生成各類化學物質,由于難以清除趕緊,進而加大了廢棄物的處理難度。

                  多種弱酸 液態乙醇 低溫操作

                  Jinwen Zhang教授與他的團隊為解決碳縴維復合材料的循環再利用問題,他們研發並采用了一種新的化學回收法︰他們將多種弱酸(mild acids)作為催化劑,將其添加到液態乙醇中,在低溫條件下發生化學反應,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合使用了多種化學品。

                  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合材料中,進而實現碳縴維復合材料的化學分解。Zhang采用乙醇液體,使樹脂體積發生膨脹,隨後又用氯化鋅分解碳氮鍵(carbon-nitrogen bonds),這一步可謂至關重要。

                  他表示︰“該回收方法的關鍵在于研發高效的催化體系(catalytic system),使其能夠滲透到固化後的樹脂中,進而使固化樹脂的化學鍵被分解。”

                  該研究團隊還研發了一套高效的方法,妥善保存碳縴維與樹脂,以便以後再利用上述材料。目前,該團隊已為其技術申請專利,並致力于推動該技術的商業化運作。

                來源︰蓋世汽車網)

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