Neuer Durchbruch! Umweltfreundliches Recycling von Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffen (CFRP)

Vorwort

Kohlefaser ist in der Industrie als "König der Materialien" und "schwarzes Gold" bekannt. Sie werden in der Luft- und Raumfahrt, im Energiesektor, im Transportwesen, bei Windkraftflügeln, Brückenbauwerken, militärischer Ausrüstung und anderen Bereichen eingesetzt und sind ein wichtiges Material für die nationale Verteidigung und die zivile Produktion.

In den letzten Jahren hat die Kohlefaserindustrie eine rasante Entwicklung durchlaufen, die Anwendung von Kohlefaserverbundwerkstoffen hat zugenommen, und im Produktionsprozess fällt immer mehr Abfall an. Branchenexperten weisen darauf hin, dass in allen Bereichen der Kohlenstofffaser-Industriekette Abfälle anfallen und die Ausschussrate allein im Produktions- und Herstellungsprozess zwischen 30% und 50% liegt. Außerdem lässt sich CFK nur schwer reparieren, und selbst ein Teil des Schadens wird weggeworfen.

Da Kohlefaserverbundwerkstoffe unter natürlichen Bedingungen nicht abgebaut werden können, kann eine große Menge an Abfällen nur deponiert werden. Laut Statistik wurden allein im Jahr 2018 weltweit 92.600 Tonnen Kohlenstofffasern verwendet, davon 30.300 Tonnen als Abfall. Dies führt nicht nur zu einer Verschmutzung der Umwelt, sondern ist auch eine große Verschwendung von Ressourcen.

Zersetzung von CFK bei Umgebungstemperatur und Recyclingtechnologie

Das Forschungsteam hat eine Technologie entwickelt, mit der CFK bei niedriger Temperatur einfach zersetzt werden kann. Wenn CFK in der Lösung eingeweicht wird, können die Kohlenstofffasern in kurzer Zeit vom Harz getrennt werden, und der Harzrohstoff kann gleichzeitig recycelt werden.

Bei dieser Technologie handelt es sich um eine revolutionäre neue Technik, mit der das schwer zu verarbeitende CFK wieder in den Rohstoff zurückverwandelt und vollständig recycelt werden kann. Diese Technologie ist inspiriert von der Struktur der Redoxreaktion, die im menschlichen Körper stattfindet.

Der Grund für die Festigkeit von CFK ist die Kombination aus Kohlenstofffasern und Kunststoff. Kohlenstofffasern brechen nicht leicht und sind stark, aber sie lassen sich leicht biegen. Wenn Kohlenstofffasern mit Harz verbunden werden, entsteht ein hervorragendes Material, das sowohl leicht als auch fest ist. So wird eine leistungsstarke Kombination aus Kohlenstofffasern und Kunststoff mit erstaunlicher Festigkeit erreicht, die jedoch auch ein großes Hindernis für das Recycling darstellt.

Der in CFK verwendete duroplastische Kunststoff ist, sobald er sich verfestigt hat, sehr schwer abbaubar und kann nur durch Verbrennen oder Deponieren für lange Zeit entsorgt werden. Bisher wurde für das Recycling das Mittel Mercaptoethanol verwendet, das die S-S-Bindung in CFK zerstören kann, aber das Mittel ist zu giftig und weder sicher noch umweltfreundlich.

Das Forschungs- und Entwicklungsteam wandte sich einem natürlichen Biomaterial zu, das in Wasser aufgelöst und dann einem organischen Lösungsmittel zugesetzt wurde, in das CFK gegeben wurde.

Das Prinzip besteht darin, dass die Natur des biologisch strukturierten Materials genutzt wird, um die S-S-Bindung im CFK zu reorganisieren und die S-S-Bindung im Harz zu ersetzen, und dass das zersetzte Harz in dem organischen Lösungsmittel gelöst wird.

Schlussfolgerung

Diese Technologie, die starke CFK zersetzen und wiederverwenden kann, indem sie der Lösung einfach biologische Materialien hinzufügt, ohne schädliche Mittel zu verwenden, wird voraussichtlich der Schlüssel zur Popularität von CFK im Zeitalter der Energieeinsparung und des Umweltschutzes sein.