碳纤维回收创新方法，打造绿色未来
日本新宿早稻田大学
世界正在快速迈向发达的未来，而碳纤维增强聚合物 (CFRP) 在推动技术和工业进步方面发挥着关键作用。这些复合材料重量轻、强度高，适合航空、航天、汽车、风力发电、运动器材等各个领域的应用。
然而，回收碳纤维复合材料提出了重大挑战，废物管理是一个紧迫的问题。传统的回收方法需要高温加热或化学处理，这对环境造成很大影响并导致成本上升。此外，回收高质量碳纤维一直是一个挑战。在这方面，电动液压破碎被认为是一种有前途的选择。该技术利用高压放电等离子体产生的强烈冲击波脉冲沿着不同材料的界面施加，以分离各种成分。
虽然这种方法很有利可图，但我们可以做得更好吗？为了回答这个问题，早稻田大学创意科学与工程系 Chiharu Tokoro 教授领导的研究小组，包括 Keita Sato、Manabu Inutsuka 和 Taketoshi Koita，提出了一种新颖的直接放电电脉冲方法，用于有效回收 CFRP。他们的研究结果发表在《科学报告》杂志上 2024 年 11 月 30 日。
Tokoro 谈到了他们目前工作背后的动机，他表示：“在我们之前的研究中，我们已经建立了利用电脉冲现象在水中产生冲击波来有效破碎难以加工的材料的研究专业知识。然而，在锂离子电池等应用中，我们发现利用焦耳热和材料本身的蒸气膨胀的直接放电比依靠冲击波更有效地实现高效分离。我们现在将这种方法应用于 CFRP，假设与当前的方法相比，它可以实现更有效的分离。方法。”
直接放电电脉冲技术利用焦耳热产生、热应力产生以及等离子体产生引起的膨胀力，无需加热或化学品。研究人员通过检查回收的碳纤维的相应物理特性（包括长度、拉伸强度、树脂粘附力和结构降解）以及纤维分离方面的能量效率，将该方法与电液破碎进行比较。他们发现他们的新技术对于碳纤维回收更有效。它保留了相对较长的纤维，具有较高的强度，并且可以将CFRP精确分离成单根纤维，而不在表面保留任何残留树脂。
此外，与传统替代方案相比，直接排放方式可将能源效率提高至少10倍，同时减少对环境的影响并促进资源利用。
因此，该技术有望加速CFRP的回收利用，为可持续社会的发展做出重大贡献。 Tokoro 表示，“我们的研究成果有很多应用，涉及从废飞机部件、汽车废料和风力涡轮机叶片中回收 CFRP。因此，目前的创新通过实现有效的资源回收和减少环境影响来支持跨行业的可持续发展。”
总体而言，这项工作预计将进一步推进联合国工业、创新和基础设施可持续发展目标（SDG 9）和负责任的消费和生产（SDG 12）。
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