Нов пробив! Зелено рециклиране на композити от въглеродни влакна (CFRP)

Предговор

Въглеродните влакна са известни като “крал на материалите” и “черно злато” в индустрията. Те се използват широко в авиацията, аерокосмическата промишленост, енергетиката, транспорта, перките на вятърните турбини, строителството на мостове, военното оборудване и други области и са важен материал за националната отбрана и гражданското производство.

През последните години, когато индустрията на въглеродните влакна навлезе в период на бързо развитие, приложението на композитите от въглеродни влакна се увеличава, а в процеса на производство се генерира все повече отпадък. Експертите в бранша посочват, че всички звена от веригата на въглеродните влакна произвеждат отпадък, а само процентът на брак в процеса на производство и изработка е между 30% и 50%. Освен това CFRP е труден за ремонт и дори част от повредите се изхвърлят.

Тъй като композитите от въглеродни влакна не могат да се разградят в естествени условия, голямо количество отпадък и скрап може да се депонира само на сметища. Според статистиката, само през 2018 г. глобалното потребление на въглеродни влакна е достигнало 92 600 тона, от които скрапът е бил 30 300 тона. Това не само ще причини замърсяване на околната среда, но и е огромно загуба на ресурси.

Технология за разграждане и рециклиране на CFRP при околна температура

Изследователският екип е разработил технология, която може просто да разгражда CFRP при ниска температура. Ако CFRP се потопи в разтвора, въглеродните влакна могат да се отделят от смолата за кратко време, а суровината на смолата може да се рециклира в същото време.

Тази технология е революционна нова технология, която позволява трудно обработваемия CFRP да се върне обратно към суровината и да се рециклира напълно. Тази технология е вдъхновена от структурата на окислително-редукционната реакция, която се случва в човешкия организъм.

Причината за силата на CFRP е комбинацията от въглеродни влакна и пластмаса. Въглеродните влакна не се чупят лесно и са здрави, но се огъват лесно. Ако въглеродните влакна се свържат със смола, се получава отличен материал, който е и лек, и здрав, постигайки мощна комбинация от въглеродни влакна и пластмаса с удивителна якост, но от друга страна, това е и голяма пречка за рециклирането.

Термозатвърдяващата пластмаса, използвана в CFRP, след като се втвърди, е много трудна за разграждане и може да се утилизира само чрез горене или депониране за дълго време. Преди се използваше агентът меркаптоетанол, който може да разруши S-S връзката в CFRP, за да се рециклира, но този агент е твърде токсичен и не е безопасен или екологично чист.

Екипът R насочи вниманието си към естествен биоматериал, който се разтваря във вода и след това се добавя към органичен разтворител, в който се поставя CFRP, и смолата в CFRP се разтваря в течната фаза след разбъркване в продължение на няколко часа при стайна температура.

Принципът е, че естествената структура на биоматериала се използва за преструктуриране на S-S връзката в CFRP и заместване на S-S връзката в смолата, а разградената смола се разтваря в органичния разтворител.

Заключение

Тази технология, която може да разгражда здравия CFRP и да го използва отново чрез просто добавяне на биологични материали към разтвора без използване на вредни агенти, се очаква да бъде ключът към популярността на CFRP в епохата на енергийна консервация и опазване на околната среда.