Инновационный подход к переработке углеродного волокна для более зеленого будущего

Ваaseda Университет, Синдзику, Япония

Мир стремительно мчится к развитому будущему, и углеродно-волокнисто-усиленные полимеры (CFRP) играют ключевую роль в обеспечении технологического и промышленного прогресса. Эти композитные материалы легкие и высокопрочные, делая их желательными для применений в различных областях, включая авиацию, авиакосмическую, автомобильную, ветровую энергетику и спортивное оборудование.

Однако переработка CFRP представляет значительный вызов, с управлением отходами будучи насущной проблемой. Конвенциональные методы переработки требуют высокотемпературного нагрева или химических обработок, которые приводят к высокому экологическому воздействию и повышенным затратам. Более того, было вызовом восстановить высококачественные углеродные волокна. В этом отношении электрогидравлическая фрагментация была предложена как перспективный вариант. В этой технике интенсивные ударные волны импульсы, генерируемые высоковольтными разрядными плазмами, применяются вдоль границ разделения разных материалов для разделения различных компонентов.

Пока этот метод выгоден, можем ли мы сделать лучше? Отвечая на этот вопрос, команда исследователей из Ваaseda Университета, возглавляемая профессором Чихару Токоро из Департамента творческой науки и инженерии, и включающая Кейта Сато, Манабу Инуцука и Такэтоши Коита, придумала новый прямой разрядный электрический импульсный метод для эффективной переработки CFRP. Их находки опубликованы в журнале Scientific Reports 30 ноября 2024 года.

Токоро говорит о мотивации за их настоящей работой, заявляя: "В наших предыдущих исследованиях мы уже установили исследовательскую экспертизу в генерации ударных волн в воде с использованием электрических импульсных феноменов для эффективной фрагментации трудноперерабатываемых материалов. Однако в применениях таких как литий-ионные батареи, мы обнаружили, что прямой разряд, который использует Джоулево нагревание и паровое расширение самого материала, более эффективно для высокоэффективного разделения, чем полагаясь на ударные волны. Мы теперь применяем этот подход к CFRP, гипотезируя, что он мог бы достичь более эффективного разделения по сравнению с текущими методами."

Прямой разрядный электрический импульсный метод использует генерацию Джоулевого тепла, генерацию термического напряжения и силу расширения из-за генерации плазмы, отказываясь от необходимости нагрева или химикатов. Исследователи сравнили этот метод с электрогидравлической фрагментацией, изучая соответствующие физические свойства восстановленных углеродных волокон, включая длину, прочность на растяжение, сцепление смолы и структурную деградацию, а также энергетическую эффективность в терминах разделения волокон. Они нашли, что их новый метод более эффективен для восстановления углеродных волокон. Он сохраняет относительно более длинные волокна с более высокой прочностью и также точно разделяет CFRP на индивидуальные волокна без удержания любого остаточного смолы на поверхности.

Более того, прямой разрядный подход улучшает энергетическую эффективность как минимум в 10 раз по сравнению с традиционными альтернативами, снижая экологическое воздействие и способствуя использованию ресурсов.

Поэтому эта технология предвидится ускорять переработку CFRP, внося значительный вклад в развитие устойчивого общества. Согласно Токоро, "Наши исследовательские находки имеют многочисленные применения, касающиеся переработки CFRP из списанных авиакомпонентов, автомобильных отходов и лопастей ветряных турбин. Таким образом, настоящая инновация поддерживает устойчивость через отрасли, обеспечивая эффективное восстановление ресурсов и снижение экологического воздействия."

В целом, эта работа ожидает дальнейшего продвижения Целей устойчивого развития ООН: Индустрия, инновации и инфраструктура (SDG 9) и Ответственное потребление и производство (SDG 12).

Для получения дополнительной информации, свяжитесь с Армандом Апонте по адресу This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.; +81 368-690-056.