logo

碳纤维复合材料废弃物的高效回收及资源化再利用

发布时间:2023-04-20     浏览次数:134

先进树脂基复合材料因其轻质高强、耐腐蚀、材料-结构-性能可设计性强等优点,广泛应用于风电叶片、航空航天、体育休闲等领域。复合材料的广泛应用,带来新的问题,即复合材料废弃物的回收再利用。其中,碳纤维增强酚醛树脂复合材料由于其耐高温、耐化学腐蚀、高残炭的特点,难以常规降解、再利用,目前仅2篇公开文献报道;碳纤维增强乙烯基酯复合材料因其高度耐化学腐蚀的特点,目前尚无成功降解的报道;碳纤维增强环氧树脂复合材料的现有回收方法,存在热处理温度高或溶剂成本高、污染大的问题。

团队将无机合成中惯用的溶剂热法逆向引入复合材料回收再利用领域,以苯甲醇+丙酮+水为混合溶剂,260℃下反应180min,酚醛树脂降解率即达99.51%,降解温度同比降低近200℃;在碱性条件下,以正丙醇作为溶剂,230℃下反应120min,乙烯基酯树脂降解率即达到97.74%。以苯甲醇作为溶剂,220℃下反应140min,乙烯基酯树脂降解率高达99.77%;以绿色环保、廉价易得的醋酸和双氧水作为溶剂,100℃下反应120min,降解率即达到96.6%,进一步反应至180min,降解率高达99.8%

借助FT-IRGC-MS对降解液进行了系统表征,分析了三种复合材料的降解反应机理。对于碳纤维增强酚醛树脂复合材料,提出了高温、碱、溶剂、自由基四重作用下的降解机理;对于碳纤维增强乙烯基酯树脂复合材料,提出了基于Guerbet反应的四步溶剂热机理;对于碳纤维增强环氧树脂复合材料,提出了酸碱中和、热、溶剂、自由基四重作用下的降解机理。借助SEMFT-IRXRDRamanXPS等表征手段对回收所得碳纤维结构和成分进行了表征,结果表明,回收所得碳纤维性能未发生明显破坏。

对回收所得碳纤维的再利用、降解液处理进行了初步探索。将回收所得碳纤维制备成碳纤维纸吸附材料、三明治型碳纤维纸吸附材料、含酚废水处理剂,再制备的材料具备良好的吸附性能;将降解反应产生的降解液用作环氧树脂固化剂,添加1%DMP-30作促进剂,在90℃30min内即能够很好地固化环氧树脂;最后,还将降解技术引申到纤维质量含量测试方面,结果表明,6个测试试验间最大偏差-1.230%,最小偏差仅0.182%。本法测试的碳纤维质量分数偏差极小,且测试条件相对温和,安全,周期短。

综上,本项目对先进树脂基复合材料废弃物的回收再利用进行了比较系统的探索研究,初步探索了一种先进树脂基复合材料废弃物全产业链闭环的生命周期方案。

图片.png

第十一届中国大学生高分子材料创新创业大赛圆
第十一届中国大学生高分子材料创新创业大赛决
PMC大赛列入全国普通高校创新创业类竞赛指数研
元宇宙与大赛融合,开启线上竞赛新体验——第
关于举办第十届PMC大赛总决赛(元宇宙赛场)的
关于举办“‘孙武故里·现代之城·幸福广饶’