碳纖維廢棄物再利用技術(shù)獲進展

　　記者從哈爾濱工業(yè)大學獲悉，該校材料科學與工程學院教授費維棟、王黎東團隊，以及該?？臻g環(huán)境與物質(zhì)科學研究院副研究員盛捷團隊在碳纖維廢棄物再利用新技術(shù)方面取得重要研究進展。該技術(shù)能將碳纖維邊角料、預浸料及樹脂復合材料等多種廢棄物成功轉(zhuǎn)化為可重新使用的石墨烯接枝碳纖維和石墨烯粉末，為應對日益增長的碳纖維廢棄物挑戰(zhàn)提供可持續(xù)且經(jīng)濟可行的解決方案。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《自然·通訊》上。

　　隨著碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料在航空航天、風電等領(lǐng)域的廣泛應用，其生產(chǎn)廢料及報廢制品數(shù)量增加。如何實現(xiàn)碳纖維廢棄物的高效、高值化回收利用已成為難題。

　　針對這一挑戰(zhàn)，研究團隊創(chuàng)新性地利用鎂粉和碳酸鈣粉末作為反應物，基于自蔓延高溫合成技術(shù)，實現(xiàn)在“固態(tài)火焰”中對碳纖維廢棄物的快速升級回收。鎂粉和碳酸鈣被點燃后，發(fā)生劇烈的固態(tài)化學反應并產(chǎn)生高溫條件。這種瞬態(tài)高溫環(huán)境下固態(tài)碳纖維廢棄物發(fā)生直接物質(zhì)轉(zhuǎn)化。

　　機理研究表明，在“固態(tài)火焰”燃燒過程中，鎂扮演了關(guān)鍵角色。它通過電子轉(zhuǎn)移效應顯著降低環(huán)氧樹脂分解中間體中芳基—氧鍵的鍵能，進而促進C—O鍵的斷裂和C—C鍵的偶聯(lián)/互聯(lián)，從而驅(qū)動環(huán)氧樹脂向石墨烯結(jié)構(gòu)演化，并促使石墨烯在碳纖維缺陷位點發(fā)生接枝。微觀機制分析表明，石墨烯—碳纖維界面形成的C—C共價鍵實現(xiàn)了兩者的高強度結(jié)合，從而顯著提升了接枝碳纖維的增強效率，其增強效果甚至優(yōu)于未改性碳纖維?；诖?，所獲石墨烯接枝碳纖維和石墨烯粉末在石墨基復合材料與電磁干擾屏蔽等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應用前景。

　　值得一提的是，相較于傳統(tǒng)熱回收和焚燒，該技術(shù)具有更低的全球變暖潛能值和累積能源需求，更加環(huán)保。(朱虹)

　　轉(zhuǎn)自：科技日報

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