Новий прорив! Екологічна переробка вуглепластикових композитів (CFRP)

Передмова

Вуглецеве волокно відоме як “король матеріалів” і “чорне золото” в галузі. Воно широко застосовується в авіації, аерокосмічній галузі, енергетиці, транспорті, лопатях вітрових турбін, будівельних мостах, військовому обладнанні та інших сферах, і є важливим матеріалом для національної оборони та цивільного виробництва.

У останні роки, коли галузь вуглецевого волокна вступила в період стрімкого розвитку, застосування композитів з вуглецевого волокна постійно зростає, і все більше відходів утворюється в процесі виробництва. Експерти галузі зазначають, що всі складові ланцюга виробництва вуглецевого волокна генерують відходи, а власне в процесі виробництва й обробки частка браку сягає від 30% до 50%. Крім того, CFRP важко ремонтувати, і навіть частина пошкоджень призводить до викиду.

Оскільки композити з вуглецевого волокна не розкладаються в природних умовах, велика кількість брухту та відходів може бути лише захоронена на сміттєзвалищах. За статистикою, лише у 2018 році глобальне використання вуглецевого волокна сягнуло 92 600 тонн, з яких брак становив 30 300 тонн. Це не тільки спричиняє забруднення навколишнього середовища, але й є великою втратою ресурсів.

Технологія розкладання та утилізації CFRP при кімнатній температурі

Дослідницька команда розробила технологію, яка дозволяє просто розкладати CFRP при низькій температурі. Якщо CFRP занурити в розчин, вуглецеве волокно можна швидко відокремити від смоли, а сировину смоли можна одночасно переробити.

Ця технологія є революційним новим підходом, що дозволяє повернути важко оброблюване CFRP до сировини та повністю переробити його. Ця технологія навіяна структурою окислювально-відновної реакції, що відбувається в організмі людини.

Причина міцності CFRP — поєднання вуглецевого волокна та пластмаси. Вуглецеве волокно не легко ламається і є міцним, але легко гнеться. Якщо вуглецеве волокно з’єднати зі смолою, воно стає чудовим матеріалом, що поєднує легкість і міцність, досягаючи потужного поєднання вуглецевого волокна та пластмаси надзвичайної міцності, але водночас це також є великим перешкодою для переробки.

Термозатверділа пластмаса, що використовується в CFRP, після затвердіння дуже важко розкладається і може бути утилізована лише шляхом спалювання або захоронення на сміттєзвалищах протягом тривалого часу. Раніше використовували агент меркаптоетанол, який міг розривати S-S зв'язок у CFRP для переробки, але цей агент був надто токсичним і не був безпечним чи екологічно чистим.

Команда R звернула увагу на природний біоматеріал, який розчинявся у воді, а потім додавався до органічного розчинника, куди поміщали CFRP, і смола в CFRP розчинялася в рідкій фазі після перемішування кілька годин при кімнатній температурі.

Принцип полягає в тому, що природна структура біоматеріалу використовується для реорганізації S-S зв'язку в CFRP і заміни S-S зв'язку в смолі, а розкладена смола розчиняється в органічному розчиннику.

Висновок

Ця технологія, що дозволяє розкладати міцний CFRP і повторно використовувати його шляхом простого додавання біологічних матеріалів до розчину без використання шкідливих агентів, очікується, що стане ключем до популярності CFRP у епоху енергозбереження та охорони навколишнього середовища.