日本研究展示了用于碳纤维回收的新型电脉冲方法

碳纤维增强聚合物 （CFRP） 的回收仍然是一个持续的挑战。在最近的一项研究中，早稻田大学（日本新宿）的研究人员开发了一种新颖的直接放电电脉冲方法，该方法展示了高效、有效和环保的 CFRP 分离以回收高质量碳纤维的方法。这项工作有望为更可持续的世界铺平道路。

传统的回收方法通常需要高温加热或化学处理，这会导致对环境的巨大影响和更高的成本。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。

但是，虽然这种方法有利可图，但我们能做得更好吗？早稻田的研究团队由创意科学与工程系的 Chiharu Tokoro 教授领导，成员包括 Keita Sato、Manabu Inutsuka 和 Taketoshi Koita，希望通过他们新颖的直接放电电脉冲方法为这个问题提供答案。研究结果于 2024 年 11 月发表在 Scientific Reports 上。

“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，”Tokoro 说，解释了该团队目前工作背后的动机。“然而，在锂离子电池等应用中，我们发现直接放电（利用焦耳热和材料本身的蒸汽膨胀）比依靠冲击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。

这种直接放电电脉冲技术利用焦耳热产生、热应力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、树脂粘附力和结构降解，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，并且还可以将 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，据报道，与传统替代方案相比，直接排放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。

“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，”Tokoro 补充道。“因此，本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。”

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） 和负责任消费和生产 （SDG 12）。