碳纤维增强聚合物 (CFRP) 的回收仍然是一项持续的挑战。在最近的一项研究中，早稻田大学 (日本新宿) 的研究人员开发了一种新颖的直接放电电脉冲方法，该方法展示了高效、有效且环保的 CFRP 分离方法，以回收高质量的碳纤维。这项工作有望为更可持续的世界铺平道路。
来源 | 早稻田大学的“利用直接放电电脉冲从碳纤维增强聚合物中高效回收碳纤维”
传统的回收方法通常需要高温加热或化学处理，这会对环境造成很大影响，并且成本也会上升。此外，回收高质量的碳纤维也一直是一个挑战。在这方面，电液破碎法被认为是一种有前途的选择。在这种技术中，高压放电等离子体产生的强冲击波脉冲沿不同材料的界面施加，以分离各种成分。
但是，虽然这种方法很有利可图，但我们能做得更好吗？早稻田大学的研究团队由创意科学与工程系的 Chiharu Tokoro 教授领导，成员包括 Keita Sato、Manabu Inutsuka 和 Taketoshi Koita，他们希望通过他们新颖的直接放电电脉冲方法为这个问题提供答案。研究结果于 2024 年 11 月发表在 《科学报告》 上。
“在我们之前的研究中，我们已经建立了利用电脉冲现象在水中产生冲击波以有效破碎难以加工的材料的研究专长，”Tokoro 解释了团队当前工作的动机。“然而，在锂离子电池等应用中，我们发现直接放电（利用焦耳加热和材料本身的蒸汽膨胀）比依赖冲击波更能实现高效分离。我们现在将这种方法应用于 CFRP，假设它可以实现比当前方法更有效的分离。”
这种直接放电电脉冲技术利用了焦耳热、热应力和等离子体产生的膨胀力，无需加热或使用化学品。研究人员通过检查回收的碳纤维的相应物理特性（包括长度、抗拉强度、树脂粘附性和结构降解性）以及纤维分离方面的能源效率，将该方法与电液破碎进行了比较。他们发现，他们的技术对碳纤维回收更有效——它可以保留相对较长、强度更高的纤维，还可以精确地将 CFRP 分离成单个纤维，而不会在表面保留任何残留树脂。
此外，据报道，与传统替代方法相比，直接排放方法可将能源效率提高至少 10 倍，同时减少环境影响并促进资源利用。
Tokoro 补充道：“我们的研究成果具有广泛的应用，包括从废旧飞机部件、汽车废料和风力涡轮机叶片中回收 CFRP。因此，本创新通过实现高效的资源回收和减少环境影响，支持了各行业的可持续发展。”
这项工作有望进一步推动联合国工业、创新和基础设施可持续发展目标（SDG 9）以及负责任消费和生产（SDG 12）的实现。
来源：复合材料世界
原文始发于微信公众号（艾邦高分子）：日本研究展示了碳纤维回收的新型电脉冲方法