弗勞霍夫EMI：碳纖維的創新回收方法
圖片|Fraunhofer EMI–用于纏繞復合材料環的局部高功率激光誘導熱解的實驗裝置，同時回收無基體碳纖維粗紗。在此過程中，熱解發生在紅色激光點指示的位置。
來自弗勞恩霍夫高速動力學研究所、恩斯特·馬赫研究所（EMI）的研究人員開發了一種技術，可以從復合材料中回收連續碳纖維——而不降低材料質量。高功率激光被用來在高溫下局部降解多層纖維增強塑料的基體。這種方法不僅具有生態效益，還具有相當大的經濟潛力。
來源|JEC
碳纖維復合材料具有異常的強度和輕量性，使其成為許多行業首選的材料。但是這些高性能材料的處理和回收卻帶來了巨大的挑戰。Fraunhofer EMI的研究團隊現在已經開發了一種過程，可以有效地準備來自使用過的復合材料的纖維以供再利用——而不對其機械性能產生不利影響。目前用于纖維增強塑料的回收方法包括一個切碎步驟，這會縮短纖維并導致降級循環利用。
材料科學速成課程：熱固性復合材料與熱塑性復合材料
碳纖維復合材料由嵌入聚合物中的纖維紗線組成。這使得將纖維結合在一起、保持部件的幾何形狀以及保護纖維免受環境影響成為可能。纖維可以嵌入兩種塑料中:
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熱固性復合材料由不能熔化的基質組成，這意味著它們不能再加工，它們的行為就像一種粘合劑，固化后形成持久的結合；
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相比之下，熱塑性復合材料可以被熔化和再加工。然而，熱固性塑料更容易加工，因此在工業結構應用中使用更頻繁。
傷口結構的基于剝離的回收
Fraunhofer EMI的研究人員使用高功率激光從熱固性復合材料中控制回收纖維增強材料。這種方法尤其適用于加壓氫氣罐，在這種情況下，連續碳纖維粗紗纏繞在塑料襯里上，使罐能夠承受高達700巴的內部工作壓力。
這種創新的回收方法的優勢在于能夠通過局部熱解去除碳纖維周圍的熱固性基質，而纖維本身幾乎不受損壞。"這一過程的特別之處在于，我們以合理的速度同時進行基質的熱解和纖維粗紗的退繞，而不會損壞碳纖維項目經理Mathieu Imbert解釋道。
挑戰在于定義最佳工藝窗口，因為基質熱降解發生在300至600攝氏度的溫度，而當溫度達到約600攝氏度時，纖維可能開始受損。"我們在工藝效率和回收材料的質量之間找到了一個很好的折中方案。我們的結果表明，以這種方式回收的連續纖維具有與新纖維相同的優異性能，這使得這種方法極具吸引力”，安伯特說。
實驗裝置用于纏繞復合材料環的局部高功率激光誘導熱解，同時回收無基體碳纖維粗紗。在此過程中，熱解發生在紅色激光點指示的位置(來源:Fraunhofer EMI)
集經濟和生態優勢于一體
這種創新方法不僅帶來了生態效益，還為回收公司帶來了可觀的經濟潛力。因為熱量是局部施加的，同時纖維粗紗被連續回收，所以不需要使用厚壁氫氣罐時通常需要的長熱解時間和高加工成本。此外，激光輔助回收過程只需要生產新纖維所需能量的五分之一。在當前能源成本上升和環境要求提高的背景下，這些都是關鍵優勢。該項目預計將持續到2025年底。這是由德國聯邦經濟事務和氣候行動部(BMWK)資助的DigiTain項目的一部分。研究人員目前正在努力使這一過程更加節能，并進一步提高回收纖維的質量。研究小組將回收材料的高質量和低加工成本之間極其積極的聯系視為他們將新方法轉移到回收行業的計劃中的關鍵論點。
