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弱酸+乙醇+低溫華盛頓大學實現碳纖維復合材料的再循環

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

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纖維塑料的再循環方法，其采用弱酸在低溫條件下對碳纖維復合材料進行化學分解，以便日后的循環再利用。

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纖維復合材料（也譯作為“碳纖維強化塑料”，Carbon fiber reinforced plastics）的使用正呈現上升趨勢，然而，這類材料卻并非沒有瑕疵，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、分解并還原為初始的原材料。

業內常用的處理方式弊端多

為實現碳纖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纖維復合材料的循環再利用問題，他們研發并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，進而實現碳纖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，隨后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后的樹脂中，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，妥善保存碳纖維與樹脂，以便以后再利用上述材料。目前，該團隊已為其技術申請專利，并致力于推動該技術的商業化運作。

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責任編輯：殷鵬飛

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