日本早稻田大学的研究人员开发出了一种高效回收碳纤维增强聚合物 (CFRP) 的方法。
早稻田大学的一个研究小组由创意科学与工程系的 Chiharu Tokoro 教授领导，其中包括 Keita Sato、Manabu Inutsuka 和 Taketoshi Koita，他们提出了一种新颖的直接放电电脉冲方法，可以高效回收 CFRP。他们的研究成果已于 2024 年 11 月 30 日发表在《科学报告》杂志上。
直接放电电脉冲增强碳纤维回收
碳纤维增强聚合物 （CFRP） 用于航空航天、汽车和运动器材行业。然而，它们的回收仍然是一个主要问题。在最近的一项研究中，早稻田大学的研究人员展示了一种新颖的直接放电电脉冲方法，用于高效、有效和环保地分离 CFRP 以回收高质量的碳纤维。这项工作有望为更可持续的世界铺平道路。
世界正迅速奔向发达的未来，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。这些复合材料是轻的而且强度高，因此非常适合应用于航空、航天、汽车、风力发电和运动器材等各个领域。
然而，回收碳纤维增强塑料面临着巨大的挑战，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，这会对环境造成很大的影响，而且成本也很高。此外，回收高质量的碳纤维一直是一个挑战。在这方面，电液破碎法被认为是一种有前途的选择。在这种技术中，高压放电等离子体产生的强烈冲击波脉冲沿不同材料的界面施加，以分离各种成分。
保留更长、更高强度的
CFRP 纤维，无残留树脂
Tokoro 谈到了他们目前工作的动机，他说：“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以有效破碎难以加工的材料的研究专长。然而，在锂离子电池等应用中，我们发现利用焦耳加热和材料本身的蒸汽膨胀的直接放电比依赖冲击波更能实现高效分离。我们现在将这种方法应用于 CFRP，假设它可以实现比目前的方法更有效的分离。”
直接放电电脉冲技术利用焦耳热产生、热应力产生和等离子体产生的膨胀力，无需加热或化学品。研究人员通过检查回收碳纤维的相应物理特性，包括长度、拉伸强度、树脂附着力和结构降解，以及纤维分离的能源效率，将这种方法与电液破碎进行了比较。
他们发现他们的新技术对碳纤维回收更有效。它保留了相对较长且强度较高的纤维，并精确地将 CFRP 分离成单个纤维，而不会在表面保留任何残留树脂。
将能源效率提高至少 10 倍
此外，与传统方法相比，直接排放方法至少可将能源效率提高 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，为可持续社会的发展做出重大贡献。
Tokoro 表示：“我们的研究成果有广泛的应用，涉及从废旧飞机部件、汽车废料和风力涡轮机叶片中回收 CFRP。因此，本创新通过实现高效的资源回收和减少对环境的影响来支持各行业的可持续发展。”
总体而言，这项工作有望进一步推动联合国可持续发展目标，即工业、创新和基础设施（SDG 9）和负责任的消费和生产（SDG 12）。
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