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Stefanie Zingsheim
悉尼大學（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?shù)幕厥辗椒ǎA(yù)計到2050年，僅飛機和風力發(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?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。
