Инновационный подход к переработке углеродного волокна для более экологичного будущего

Университет Васэда, Синдзюку, Япония

Мир стремительно движется к развитому будущему, и полимеры, армированные углеродным волокном (CFRP), играют ключевую роль в обеспечении технологического и промышленного прогресса. Эти композиционные материалы легкие и очень прочные, что делает их желательными для применения в различных областях, включая авиацию, аэрокосмическую, автомобильную, ветроэнергетику и спортивное оборудование.

Однако переработка углепластика представляет собой серьезную проблему, поскольку утилизация отходов является актуальной проблемой. Обычные методы переработки требуют высокотемпературного нагрева или химической обработки, что приводит к сильному воздействию на окружающую среду и увеличению затрат. Более того, было непросто восстановить высококачественные углеродные волокна. В связи с этим в качестве перспективного варианта предложено электрогидравлическое дробление. В этом методе интенсивные импульсы ударной волны, генерируемые плазмой высоковольтного разряда, применяются вдоль границ раздела различных материалов для разделения различных компонентов.

Хотя этот метод прибыльный, можем ли мы добиться большего? Отвечая на этот вопрос, группа исследователей из Университета Васэда под руководством профессора Тихару Токоро из факультета творческих наук и инженерии, в которую входят Кейта Сато, Манабу Инуцука и Такетоши Койта, разработала новый метод электрического импульса прямого разряда для эффективной переработки углепластика. Их результаты были опубликованы в журнале Scientific Reports. 30 ноября 2024 г.

Токоро рассказывает о мотивации своей нынешней работы, заявляя:"В наших предыдущих исследованиях мы уже накопили исследовательский опыт в области создания ударных волн в воде с использованием явлений электрических импульсов для эффективного фрагментирования трудно поддающихся обработке материалов. Однако в таких приложениях, как литий-ионные батареи, мы обнаружили, что прямой разряд, который использует джоулево нагрев и расширение пара самого материала, более эффективен для высокоэффективного разделения, чем использование ударных волн. Теперь мы применяем этот подход к углепластику, предполагая, что он может достичь более эффективного разделения. по сравнению с нынешними методами».

Технология электрического импульса прямого разряда использует выработку джоулева тепла, создание теплового напряжения и силу расширения, возникающую за счет генерации плазмы, без необходимости нагревания или использования химикатов. Исследователи сравнили этот метод с электрогидравлической фрагментацией, изучив соответствующие физические свойства восстановленных углеродных волокон, включая длину, прочность на разрыв, адгезию смолы и структурную деградацию, а также энергоэффективность с точки зрения разделения волокон. Они обнаружили, что их новый метод более эффективен для восстановления углеродного волокна. Он сохраняет относительно более длинные волокна с более высокой прочностью, а также точно разделяет углепластики на отдельные волокна, не оставляя остатков смолы на поверхности.

Кроме того, подход с прямым сбросом повышает энергоэффективность как минимум в 10 раз по сравнению с традиционными альтернативами, одновременно снижая воздействие на окружающую среду и способствуя использованию ресурсов.

Таким образом, ожидается, что эта технология ускорит переработку углепластика, внеся значительный вклад в развитие устойчивого общества. По словам Токоро, "Результаты наших исследований имеют множество применений, касающихся переработки углепластиков из отработанных компонентов самолетов, автомобильных отходов и лопастей ветряных турбин. Таким образом, настоящая инновация поддерживает устойчивость во всех отраслях, обеспечивая эффективное восстановление ресурсов и снижение воздействия на окружающую среду".

В целом ожидается, что эта работа будет способствовать достижению Целей ООН в области устойчивого развития промышленности, инноваций и инфраструктуры (ЦУР 9) и ответственного потребления и производства (ЦУР 12).

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Арманом Апонте по адресу:Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра у вас должен быть включен JavaScript.; +81 368-690-056.