碳纖維具有一系列的優(yōu)勢，比如，強度是鋼的10倍，重量接近鋁的一半，剛性遠超玻璃纖維，這些，使其成為豪華轎車和一級方程式賽車應(yīng)用的首選材料。?

? ? 然而，碳纖維仍需得到進一步的完善，以為大眾汽車市場的應(yīng)用提供必要的經(jīng)濟性。美國國家可再生能源實驗室（NREL）的科學(xué)家Nicholas Rorrer解釋說：碳纖維很貴，制造它需要消耗大量的能源，所以從這個角度來講，它并不利于控制溫室氣體（GHG）排放。但如果使碳纖維變得更易于回收，將有助于改善這一狀況。

?

憑借在生物基材料設(shè)計方面的最新進展，以工業(yè)化的規(guī)?；厥仗祭w維可能已經(jīng)近在咫尺。

?

? ? ?在由美國能源部車輛技術(shù)辦公室支持的Composites Core Program項目下，Rorrer與NREL的其他研究人員已經(jīng)揭示了采用生物基環(huán)氧樹脂和一種酸酐固化劑制造的碳纖維復(fù)合材料，通過引入更容易降解的交聯(lián)劑，使材料完全可回收。事實上，這種名為甲醇分解的回收過程可以在室溫下有選擇性地觸發(fā)，而不降低纖維的質(zhì)量或改變其取向。這意味著向循環(huán)經(jīng)濟邁出了堅實的一步，可以使碳纖維在多樣化的應(yīng)用中變得更便宜、更環(huán)保。

?

近距離了解碳纖維

? ? 強大、輕質(zhì)且不可回收今天的碳纖維復(fù)合材料是通過將編織的碳纖維長絲浸入到膠狀的環(huán)氧樹脂中制成的，由此而產(chǎn)生的材料可以提高汽車的性能但不能有效回收

?

? ? 既強壯又輕質(zhì)，碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢來自于其分層設(shè)計，它是由純的碳纖維長絲與熱固性的膠狀環(huán)氧樹脂組合而成的一種復(fù)合材料。固化時，液體樹脂中的分子相互結(jié)合在一起并圍繞著編織的碳纖維長絲，從而硬化成強而堅固的網(wǎng)格狀物。

?

? ? 在模具中成型時，這種材料可以形成多種應(yīng)用的多種形狀，從汽車保險杠到風(fēng)機葉片等。

?

? ? 然而，固化后環(huán)氧樹脂的熱固性特征，使得這些優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品難以分解，尤其是不會嚴重損壞碳纖維長絲。因此，盡管價格昂貴，但碳纖維制品在使用壽命結(jié)束后往往被送入垃圾填埋場。

?

? ? 雖然碳纖維可以將傳統(tǒng)乘用車的重量減半，從而將燃油效率提升35%，但其任何提高效率的優(yōu)勢都被制造它所消耗的能源以及大量的溫室氣體排放抵消掉了。合成碳纖維需要的溫度超過1000℃。

?

? ? 這一現(xiàn)實讓Rorrer想到：有沒有一種方法可以多次重復(fù)使用碳纖維，通過回收這些纖維來獲得更多的價值和環(huán)境效益呢？

?

通過設(shè)計使環(huán)氧樹脂可回收

?

? ? Rorrer及其同事們開始研究生物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，以了解是否可以利用這些化學(xué)性質(zhì)來設(shè)計一種可以得到回收的新的環(huán)氧樹脂。與石油中的碳氫化合物相比，生物質(zhì)中含有更多的氧氣和氮氣, 它們提供了不同的化學(xué)可能性。

?

? ? 我們以生物質(zhì)為原料合成環(huán)氧和酸酐，基本上重新設(shè)計了環(huán)氧胺樹脂。Rorrer解釋說，我們已經(jīng)證明，重新配制的樹脂可以保持或超越今天的環(huán)氧胺樹脂的所有性能，同時還可以通過設(shè)計使它們在室溫下具有可回收性。

?

? ? 采用一種特殊的催化劑，NREL團隊能夠在室溫下分解這種生物基樹脂，這是一個被稱為解聚的過程，使他們能夠回收碳纖維長絲并保持纖維的質(zhì)量和取向。

?

? ? 我們至少可以在3次復(fù)合材料的生命周期中保持纖維的質(zhì)量。Rorrer 說道，所以我們不僅可以回收它，還可以循環(huán)利用它而不會損害它的性能。

?

? ? 結(jié)合NREL對生物基丙烯腈作為碳纖維原料的研究，這項在環(huán)氧樹脂上的突破可以大大提高碳纖維復(fù)合材料的成本效益和環(huán)境友好性。

?

? ? 對碳纖維的提取和回收，使得這種材料對于大眾化的電動汽車市場而言更加經(jīng)濟適用，能夠抵消電池帶來的額外重量，還能夠?qū)⑦@種材料引發(fā)的碳排放降低20%～40%。更重要的是，可以在不增加制造成本的情況下實現(xiàn)這一切。按照Rorrer的估算，NREL的環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)成本與今天的石油基環(huán)氧胺樹脂的大致相當。

?

? ? 通過用生物原料取代石油原料，我們不必消耗額外的能量來重組它們的化學(xué)成分。Rorrer 補充道，這使我們能夠以更低的成本更精確、更有效地設(shè)計具有性能和環(huán)保優(yōu)勢的先進材料。

版權(quán)聲明：復(fù)材云集尊重版權(quán)并感謝每一位作者的辛苦付出與創(chuàng)作；除無法溯源的文章，我們均在文末備注了來源；如文章視頻、圖片、文字涉及版權(quán)問題，請第一時間聯(lián)系我們，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認版權(quán)并按國家標準支付稿酬或立即刪除內(nèi)容！