隨著碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大,其廢棄物的回收問題也引發(fā)了一定的關(guān)注。在污染和資源浪費日益嚴(yán)重的情況下,應(yīng)該從復(fù)合材料應(yīng)用的最初階段就開始重視材料的選擇以及回收利用成本,這有利于從整體上降低回收成本并減少環(huán)境中的廢棄物。
碳纖維增強復(fù)合材料零部件的應(yīng)用方應(yīng)從復(fù)合材料的樹脂基體考慮,在使用性能得到保證的前提下,盡量采用熱塑性樹脂作為復(fù)合材料基體,這將利于碳纖維的回收和循環(huán)利用。
碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料主要有短纖維(0. 2 -0. 4 mm)增強、長纖維(6-10 mm)增強和連續(xù)纖維增強這三種形態(tài)。碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料的回收方式與碳纖維在樹脂中的形態(tài)和成型方法有很大關(guān)系。
目前,碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料主要制備方式是熔體成型方法,包括:注塑成型、模壓成型、層壓成型、纏繞成型、拉擠成型等。
對于高熔點的熱塑性樹脂,比如聚醚酰亞胺(PEI)和聚醚醚酮(PEEK),可采用溶劑法成型。
由于熱塑性樹脂是線性分子結(jié)構(gòu),在高溫下易實現(xiàn)從固態(tài)到液態(tài)的轉(zhuǎn)化,因此碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料可以通過重熔重塑的方法進行回收,和熱固性樹脂基碳纖維復(fù)合材料相比,其可回收性更強。
雖然熱塑性樹脂可以多次重復(fù)塑形,但對短碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料來說,其再次利用的關(guān)鍵是保持短纖維在復(fù)合材料中的取向程度,排列規(guī)則的短纖維增強復(fù)合材料可以使拉伸強度和拉伸模量保持在80-90%。
無論是短碳纖維增強還是連續(xù)碳纖維增強,在其回收再利用的過程中,如果能提高再生碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料的使用性能,就會進一步增強其回收價值。
切片再塑法也是一種常見的熱塑性樹脂回收方法。在纖維取向程度類似的情況下,碳纖維的體積含有率是影響復(fù)合材料回收后力學(xué)性能的主要因素,而回收碳纖維增強復(fù)合材料的模量值主要取決于碳纖維的長度,強度值取決于纖維和樹脂的浸漬質(zhì)量。
通過工業(yè)優(yōu)化,切片重塑法可實現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料的低成本多次重復(fù)回收,可滿足碳纖維復(fù)合材料在一般民用領(lǐng)域的應(yīng)用。
近來,除了航天航空領(lǐng)域,連續(xù)性碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料也逐步應(yīng)用于骨外科醫(yī)療器械、電子電器、高端工業(yè)等領(lǐng)域中,無論是從產(chǎn)品性能角度還是從回收利用角度看,熱塑性碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展前景都值得期待。
3月23日,美國載人潛水服務(wù)提供商OceanGate公司宣布將東麗復(fù)材(美國)公司(CMA)作為其首選供應(yīng)商。東麗將為OceanGate提供航空級碳纖維預(yù)浸料,用于生產(chǎn)深海載人潛水器的新型碳纖維殼體。
“長期以來,CMA一直是航空業(yè)內(nèi)值得信賴的供應(yīng)商,同時也是全球預(yù)浸復(fù)合材料研發(fā)領(lǐng)域的領(lǐng)先者。他們經(jīng)驗豐富的技術(shù)團隊和復(fù)合材料的專業(yè)知識積累將在下一代載人潛水器的開發(fā)過程中起關(guān)鍵作用,必將開創(chuàng)航空復(fù)合材料探索海洋資源的新紀(jì)元,”OceanGate首席執(zhí)行官Stockton Rush表示說。
“為了向裝備制造市場提供高效的解決方案,我們必須在設(shè)備設(shè)計中采用高性能復(fù)合材料,艇體方能承受海平面下4500米目標(biāo)深度、約45.5 MPa的強大外部壓力。該項目不僅能夠為碳纖維找到新的應(yīng)用方式,同時也為增進人類對地球和海洋未知區(qū)域的了解提供技術(shù)支持。”CMA工業(yè)銷售副總裁Philip Schell表示。
此前,OceanGate于2月26日宣布與美國宇航局NASA簽署合作協(xié)議,共同開發(fā)能夠經(jīng)受深海高壓環(huán)境和宇宙真空環(huán)境的碳纖維高壓殼體。