碳纤维回收：基本优势和综合流程

碳纤维是一种由聚合物固化的碳晶丝制成的编织布，可以在模具周围分层和成型。它是一种理想的材料，因为它具有令人印象深刻的强度重量比，这意味着它非常坚固，但不重。碳纤维比钢轻五倍，且具有相同的弹性模量，使其成为许多应用的更好选择。此外，它具有耐腐蚀、不易燃、无毒的特性，使其成为航空航天、医疗、建筑和军事工业的理想材料。

加工碳纤维

加工碳纤维可能具有挑战性。碳纤维材料的层状结构会导致分层、纤维未切割、纤维撕裂、工具磨损不均匀以及表面光洁度差。幸运的是，许多切削刀具公司（例如 CoreHog）专门设计了具有不同几何形状的刀具，可以帮助消除这些制造问题：

• 直槽立铣刀 ：径向施加所有切削力，这有助于防止分层。
• 压缩刀具 ：产生相反的切削力，稳定材料去除并防止沿表面分层、纤维拔出和毛刺。
• 断屑槽刀具 ：剪切纤维并缩短切屑，防止纤维在刀具周围堆积。
• 金刚石切割立铣刀 ：利用左手和右手凹槽来打碎和剪切纤维，非常适合粗加工和仿形碳纤维。

探索 CoreHog 提供的各种复合材料层压刀具，每种刀具均专门设计用于切割碳纤维等难以加工的层压材料。

常见碳纤维应用

在航空航天工业中，碳纤维用于飞机结构中以取代合金，制造出更轻的飞机，从而减少燃料消耗。休闲运动也利用碳纤维来减轻重量。它通常被视为滑雪板、自行车和网球拍的主要材料，因为较轻的重量有助于提高性能。近年来，在一级方程式赛车和 NASCAR 等职业体育联盟中，碳纤维越来越流行。碳纤维的另一个优势品质是它适用于 X 射线机，允许成像不间断地通过，使其可用于许多医疗设备和植入物。

回收碳纤维

为什么回收碳纤维很困难？

碳纤维片材的生产需要大量的能源。然后将这些大板材切割成所需的零件尺寸，多余的材料通常会被丢弃，从而增加了废物的产生。这种材料不可生物降解，通常会被送往垃圾填埋场并永久保留。碳纤维可以保持其形状和强度，并且不能像许多塑料那样熔化和重塑，这使得回收变得更加复杂。回收后，其性能会严重退化，使其无法用于承受重力或负载的应用。

碳纤维如何回收？

溶剂分解

溶剂分解使用化学溶剂分解包裹碳纤维布的聚合物。废弃碳纤维被撕碎成更小的碎片，增加表面积。根据碳纤维中使用的聚合物选择的溶剂会分解聚合物链，从而将碳纤维与聚合物分离。离心等技术用于分离物质。碳纤维可以进一步纯化以恢复其性能，然后与原生纤维结合以制造新的织物或单独使用。该过程可以在不牺牲材料性能的情况下回收碳纤维。

热解

热解利用热量分解包裹碳纤维布的聚合物。废弃碳纤维被撕碎成更小的碎片，然后在有限氧气或无氧的受控环境中加热。在高温下，聚合物发生热分解，产生气体、蒸气和炭。气体和蒸气可用作能源或进一步加工，而炭（碳纤维和任何原始添加剂）经过净化以确保保持机械性能。所得碳纤维可单独使用或与原生纤维组合使用。热解可有效地从气体副产品中回收高质量的纤维和能量。

碳纤维注意事项

当我们利用新技术进行创新时，重要的是要考虑它对我们地球的影响。碳纤维是一种神奇的材料，可以改善各行业的许多方面；然而，产生的废物除了填埋之外不会去任何地方。许多公司正在投资生产高质量的再生碳纤维。随着重点转向复合材料闭环系统设计，前景一片光明。

Sarah Wasson 是 Harvey Performance Company 的技术销售助理，专注于航空航天业的 CoreHog 品牌定制复合材料工具。她于 2023 年 5 月毕业于佛蒙特大学，获得机械工程理学学士学位。