隨著84萬噸復(fù)合材料廢料即將來臨，澳大利亞研究人員發(fā)現(xiàn)了一種可提高材料回收率和能源效率的回收方法。
阿里·哈迪格博士拿著飛機上的廢料。
所有圖片來源：悉尼大學(xué)Stefanie Zingsheim
悉尼大學(xué)（澳大利亞Camperdown）的研究人員開發(fā)了新方法，以解決未來汽車、航空航天和可再生能源行業(yè)產(chǎn)生的碳/玻璃纖維復(fù)合材料廢料。
土木工程學(xué)院的Hadigheh博士說：“碳纖維復(fù)合材料被認為是一種‘神奇’材料，它們耐用、耐風(fēng)化、用途廣泛，因此僅在未來十年，它們的使用量預(yù)計就將增加至少60%。”“但這種增長也帶來了廢物的巨大增加。例如，據(jù)估計，到2030年，可再生能源行業(yè)將產(chǎn)生約50萬噸碳和玻璃纖維復(fù)合材料廢料。”
風(fēng)機葉片、氫罐、飛機、游艇、建筑和汽車制造是預(yù)計將成為全球關(guān)鍵復(fù)合材料廢物流的幾個例子。如果不采取適當(dāng)?shù)幕厥辗椒ǎA(yù)計到2050年，僅飛機和風(fēng)力發(fā)電機行業(yè)的碳纖維增強聚合物(CFRP)廢料的年累積量就將達到840,300噸，相當(dāng)于34個完整的體育場。
雖然回收方法確實存在，但這些廢物中的大部分目前都被填埋或焚燒。“原始”復(fù)合材料的生產(chǎn)也對環(huán)境產(chǎn)生了進一步的影響，包括生產(chǎn)過程中的資源消耗和高能源投入。
盡管存在許多回收碳纖維復(fù)合材料的方法，悉尼大學(xué)的一個研究小組表示，如果這些方法得到充分實施，有可能顯著減少70%的能源使用，并防止關(guān)鍵材料流被浪費。
為了解決這個問題，Hadigheh博士和他最近的博士畢業(yè)生Yaning Wei博士開發(fā)了一種新的復(fù)合材料回收方法。據(jù)報道，他們的方法發(fā)表在《復(fù)合材料B：工程(Composites Part B: Engineering)》上，與以前的方法相比，確保了材料回收率的提高和能源效率的提高。
Hadigheh博士說：“我們的動力學(xué)分析表明，與未經(jīng)處理的CFRP相比，經(jīng)預(yù)處理的CFRP經(jīng)歷了額外的反應(yīng)階段，能夠在較低的溫度下增強分解。”。“溶劑解預(yù)處理不僅有助于更大程度的分解，而且通過減少回收過程中的熱消耗來保持纖維的機械性能。”
從預(yù)處理的CFRP中獲得的再生纖維據(jù)說保留了高達90%的原始強度，超過了僅通過熱降解回收的纖維的強度10%。
Hadigheh博士補充道：“為了證明我們的方法在現(xiàn)實世界中的適用性，我們使用混合方法成功地回收了CFRP復(fù)合材料制成的自行車車架和飛機廢料的一部分。這些結(jié)果不僅驗證了化學(xué)預(yù)處理的有效性，還證明了回收碳纖維的機械特性得到了改善。”
經(jīng)過回收的產(chǎn)品。
在之前的一篇論文中，該團隊還根據(jù)經(jīng)濟效率和環(huán)境影響，對10種不同的碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料廢物處理系統(tǒng)進行了詳細評估，同時考慮了廢物的類型及其地理位置。
Hadigheh博士的團隊發(fā)現(xiàn)，溶劑解法——一種在特定壓力和溫度下使用溶劑可以分解材料的方法——可以回收碳纖維，同時帶來高凈利潤。熱回收方法，如催化熱解和熱解與氧化相結(jié)合也提供了很高的經(jīng)濟回報。
溶劑解和電化學(xué)方法也被證明比填埋和焚燒能顯著降低二氧化碳排放到大氣中。
總之，該大學(xué)的研究人員表示，制造商應(yīng)該超越不斷創(chuàng)造原始材料，同時從報廢物流中開發(fā)回收產(chǎn)品。
“這是一個巨大的機會，”魏說。“這不僅是因為各種回收模式具有成本效益，對環(huán)境的影響最小。”在供應(yīng)鏈日益中斷的時代，與進口產(chǎn)品相比，當(dāng)?shù)鼗厥债a(chǎn)品可以提供更直接的產(chǎn)品，并創(chuàng)造一個蓬勃發(fā)展的先進制造業(yè)。”
Hadigheh博士的團隊也在開發(fā)復(fù)合材料的回收方法，最近還為一種機器申請了專利，該機器可以精確對齊回收的碳纖維，從而使它們可以重新利用。
這兩篇研究論文都由ARC DECRA DE200100406資助：用于高級結(jié)構(gòu)元件的定向再生碳纖維復(fù)合材料。Hadigheh博士與一系列公司合作開發(fā)回收復(fù)合材料廢物。
