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【高分子循环再利用】获悉，近期，日本早稻田大学的研究人员，展示了一种新颖的直接放电电脉冲方法，用于高效、有效和环保地分离碳纤维增强聚合物（CFRP）以回收高质量的碳纤维。
图源：早稻田大学
回收优质碳纤维
碳纤维增强聚合物 （CFRP） 在推动技术和工业进步方面发挥着关键作用。这些复合材料重量轻且强度高，因此适用于航空、航天、汽车、风力发电和运动器材等各个领域的应用。
然而，回收 CFRP 是一项重大挑战，废物管理是一个紧迫的问题。传统的回收方法需要高温加热或化学处理，这会导致对环境的高度影响和成本增加。此外，回收高质量的碳纤维一直是一个挑战。在这方面，电液碎片化被认为是一个很有前途的选择。在这种技术中，高压放电等离子体产生的强烈冲击波脉冲沿不同材料的界面施加，以分离各种组件。
虽然这种方法很有利可图，但还能做得更好吗？为了回答这个问题，早稻田大学的研究团队以创意科学与工程系的 Chiharu Tokoro 教授为首，包括 Keita Sato、Manabu Inutsuka 和 Taketoshi Koita，提出了一种新颖的直接放电电脉冲方法，用于高效回收 CFRP。他们的研究结果已于2024年11月30日发表在《科学报告》（Scientific Reports）杂志上。
原文：Efficient recovery of carbon fiber fiber reinforced polymers using direct discharge electric pulses
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41598-024-76955-0
直接放电电脉冲法，回收碳纤维增强聚合物的新方法的能源效率至少是传统方法的 10 倍。
图源：早稻田大学的 Chiharu Tokoro
保持纤维质量，不保留残留树脂
直接放电电脉冲技术利用焦耳热的产生、热应力的产生和等离子体产生的膨胀力，无需加热或化学品。研究人员通过检查回收碳纤维的相应物理特性，包括长度、拉伸强度、树脂附着力和结构降解，以及纤维分离方面的能源效率，将这种方法与电液碎片进行了比较。他们发现他们的新技术对碳纤维回收更有效。它保留了相对较长的纤维和更高的强度，还可以将 CFRP 精确地分离成单独的纤维，而不会在表面保留任何残留树脂。
此外，与传统替代方案相比，直接放电方法将能源效率提高了至少 10 倍，同时减少了对环境的影响并促进了资源利用。
因此，这项技术有望加速 CFRP 的回收利用，为可持续发展社会的发展做出重大贡献。Tokoro 表示：“我们的研究结果有许多应用，涉及从废旧飞机部件、汽车废料和风力涡轮机叶片中回收 CFRP。因此，目前的创新通过实现有效的资源回收和减少对环境的影响来支持各行各业的可持续发展。
Tokoro 谈到他们目前工作背后的动机，他说：“在我们之前的研究中，我们已经建立了利用电脉冲现象在水中产生冲击波以有效粉碎难以加工的材料的研究专业知识。然而，在锂离子电池等应用中，我们发现利用材料本身的焦耳热和蒸汽膨胀的直接放电比依靠激波更有效地实现高效分离。我们现在将这种方法应用于 CFRP，假设与当前方法相比，它可以实现更高效的分离。”
总体而言，这项工作有望进一步实现联合国工业、创新和基础设施可持续发展目标 （SDG 9，即Sustainable DevelopmentGoals） 和负责任消费和生产 （SDG 12）。
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