诺丁汉大学开发碳纤维回收新法

    2011年8月9日讯：碳纤维增强塑料(CFRP)复合材料最初被用于航空航天、汽车比赛及高端体育用品领域，目前这种材料正逐渐应用到许多新的制造领域中，对这些新领域而言产品具有良好的性能、高的强度和轻的重量是非常重要的。近几十年来随着价格的回落和技术的成熟，碳纤维已广泛用于商务飞机和民用飞机、娱乐、工业以及其他领域中。据了解，碳纤维复合材料使飞机更坚实、更轻、更省油、更便宜，因此航空航天工业是碳纤维的最大消费市场，碳纤维使用量占总共使用量的21%。根据Lucintel公司的一份报告，过去5年中全球碳纤维市场一直以两位数字增长，报告还指出全球碳纤维市场将继续增长、但速度较慢，将从2008年的15亿美元增长到2014年的25亿美元。处理一个使用寿命结束的复合材料结构变得非常困难。虽然垃圾填埋场仍然是最便宜的选择，但大多数欧盟成员国2004年都颁布了法律，禁止复合材料的填埋处理。填埋处理不是好的选择是因为，碳热固性材料是非降解的，而且它们将引起健康和安全风险。

    欧盟成员国2003年11月通过的废弃车辆指令要求，2015年1月之后生产的每辆汽车的95%必须被再利用或回收。同时处理碳纤维复合材料也不经济实惠。为带来更好的经济效益，它们应该被回收。碳纤维回收是由金融状况驱动的，是由政府研究奖励因素驱动的，也是由制造商渴望拥有绿色制造工艺和产品的愿望驱动的。一些回收碳纤维的商业可行办法，如高温分解法、微波辐射法(用于加强高温分解)及流化床法，可以进行碳纤维回收，但是这些方法会导致纤维长度变短，纤维降级，最终导致纤维性能的降低。据专家介绍，英国诺丁汉大学的一个研究小组已经研发出一种回收碳纤维的方法，这种方法将保留几乎100％的纤维性能。一种经济实惠的溶剂体系已经被开发出来，用来溶解复合材料中的环氧树脂，从而分离出单一形式的碳纤维，而不破坏它们的长度。该研究小组利用了超临界流体的溶解能力，这些超临界流体为一类在其他行业已被证明有效的溶剂。

    他们研究了超临界水，二氧化碳还有一些有机溶剂包括乙醇、甲醇和丙酮，最后选用了丙醇――一种可支付的起的短链醇，这种醇处在正常状态就很适合用于溶解树脂。选用醇是非常好的，因为他们只需要适度的压力(2～7兆帕)就可以进入超临界状态，尽管需要温度较高，为200-450℃。与水相比这种醇更便于他们使用，水需要22.1兆帕的压力和374℃的高温来达到临界点。另外乙醇和甲醇在溶解玻璃纤维复合材料中的聚酯树脂时很有效，但不能很好的溶解环氧树脂，丙醇(正丙醇)却可以顺利地分解环氧树脂。试验结果表明，回收的碳纤维具有很高的强度和刚度，是原始强度和刚度的99%。目前为止这些实验只是在实验室内进行操作，更多的研究努力需要投入，从而使这一过程商业化。据专家介绍，碳纤维回收具有三重环境效益：阻止了碳纤维使用一次后就被填埋的浪费；同时，使用回收碳纤维制作的部件也是可回收的，因为碳可以保留原始性能中重要的一部分，即便是在二次利用后也是如此；此外，回收过程本身就已经大大减少了能源消耗。