碳纖維增強(qiáng)聚合物在推動(dòng)全球技術(shù)和工業(yè)進(jìn)步方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，這些復(fù)合材料輕質(zhì)且高強(qiáng)度，使其成為航空、航天、汽車、風(fēng)力發(fā)電和運(yùn)動(dòng)器材等各種領(lǐng)域應(yīng)用的理想選擇。

然而，CFRP的回收仍然是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。傳統(tǒng)的回收方法需要高溫加熱或化學(xué)處理，這導(dǎo)致環(huán)境影響大和成本上升。此外，回收高質(zhì)量碳纖維一直是個(gè)難題。

在最近的一項(xiàng)研究中，日本早稻田大學(xué)的研究人員展示了一種新的直接放電電脈沖方法，用于高效、有效且環(huán)保地分離CFRP以回收高質(zhì)量的碳纖維。在這種技術(shù)中，通過(guò)沿不同材料界面施加強(qiáng)烈的沖擊波脈沖，利用高壓放電等離子體來(lái)分離各種組分。

該團(tuán)隊(duì)由創(chuàng)意科學(xué)與工程系的教授Chiharu Tokoro領(lǐng)導(dǎo)，成員包括Keita Sato、Manabu Inutsuka和Taketoshi Koita，他們提出這種新的直接放電電脈沖方法，用于高效回收CFRP。相關(guān)研究成果發(fā)表在2024年11月30日的《科學(xué)報(bào)告》雜志上。

Tokoro談到了他們目前工作的動(dòng)機(jī)，他說(shuō)：“在我們以前的研究中，我們已經(jīng)在利用電脈沖現(xiàn)象在水中產(chǎn)生沖擊波以高效破碎難以處理的材料方面建立了研究專長(zhǎng)。然而，在鋰離子電池等應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)直接放電，即利用材料本身的焦耳加熱和蒸汽膨脹，比依賴沖擊波更有效于高效率分離。我們現(xiàn)在將這種方法應(yīng)用于CFRP，假設(shè)它可能比當(dāng)前方法實(shí)現(xiàn)更高效的分離?！?/span>

直接放電電脈沖技術(shù)利用焦耳熱產(chǎn)生、熱應(yīng)力產(chǎn)生以及等離子體產(chǎn)生引起的膨脹力，無(wú)需加熱或化學(xué)品。研究人員通過(guò)檢查回收碳纖維的相應(yīng)物理屬性，包括長(zhǎng)度、抗拉強(qiáng)度、樹(shù)脂粘附和結(jié)構(gòu)退化，以及在纖維分離方面的能源效率，將這種方法與電液破碎進(jìn)行了比較。他們發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)新技術(shù)在碳纖維回收方面更有效。它保留了相對(duì)較長(zhǎng)且強(qiáng)度更高的纖維，并且能夠精確地將CFRP分離成單纖維，而不會(huì)在表面殘留任何殘留樹(shù)脂。

此外，與傳統(tǒng)替代方法相比，直接放電方法將能源效率提高了至少10倍，同時(shí)減少了環(huán)境影響并促進(jìn)了資源利用。

因此，這項(xiàng)技術(shù)有望加速CFRP回收，為可持續(xù)社會(huì)的發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。據(jù)Tokoro稱，該項(xiàng)研究成果有許多應(yīng)用，涉及從報(bào)廢飛機(jī)部件、汽車廢物和風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中回收CFRP。因此，這一創(chuàng)新通過(guò)實(shí)現(xiàn)高效資源回收和減少環(huán)境影響，有望支持各行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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