中国“强制使用再生塑料”时代第1展

摘要：碳纤维增强聚合物（CFRP）用于全球能源转型的许多应用中，包括用于轻量化飞机和车辆以及用于风力涡轮机叶片、集装箱和气体储存容器。鉴于CFRP的高成本和能源密集型制造，需要回收完整的碳纤维和环氧树脂的回收策略，胺树脂组分。在这里，表明乙酸有效地解聚用于CFRP的脂肪族和芳香族环氧胺热固性材料为可回收的单体，产生原始的碳纤维。来自多种材料的解构证明了这种方法的广泛适用性，从2小时的反应中提供清洁的纤维。最佳条件被放大到80.0 g的消费后的CFRP，并且由再循环两次的再循环碳纤维制造示范性复合材料，在整个过程中保持其强度。工艺建模和技术经济分析，原料成本由风力涡轮机叶片废物产生所告知，表明这种方法是成本有效的，回收碳纤维的最低售价为每公斤1.50美元，而生命周期评估显示，工艺过程中的温室气体排放量比原始碳纤维生产低约99%。总体而言，这种方法可以实现工业碳纤维复合材料的回收，因为它提供了清洁，机械可行的回收碳纤维和热固性树脂中可回收的树脂单体。

研究背景

高性能材料的“终极回收难题”

研究方法

研究首先在小型模型中验证了方法的有效性，包括使用不同胺类固化剂和稀释剂制成的环氧树脂样品。之后，扩展到实际应用场景，如报废飞机、风电叶片、山地车车架等真实废弃材料。

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研究结果

1. 树脂彻底分解，回收高纯度单体

该方法能够打破环氧树脂中的C–O 和 C–N 化学键，产出两类主要单体：

• 双酚A（BPA）及其衍生物；

• 胺类固化剂的醋酸酰胺形式，如DAIPDA（乙酰化的IPDA）。

2. 碳纤维完整回收，不损力学性能

3. 适用于多种工业场景

作者测试了多种来自实际工业的CFRPs，包括：

• 飞机边角料；

• 带铝蜂窝芯的帆船板材；

• 报废山地车车架；

• 医疗矫形器；

• 潮汐能发电用玻纤复合材料。

这些样品在无需复杂预处理的情况下，树脂去除率均达到95%以上，有的甚至接近100%，表现出高度的普适性。

4. 成本低，环保效益显著

技术经济分析（TEA）和生命周期评估（LCA）表明：

• 每公斤回收碳纤维最低售价可低至1.5美元；

• 相比原生碳纤维制造，碳排放降低了99%；

• 工艺所需的主要能源为加热蒸汽与乙酸，成本可控。

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图文解析

图2. 脂肪族和芳香族环氧-胺CFRP的醋酸解

图3. 消费后材料上的乙酰解反应

图4. 碳纤维增强塑料醋酸解工艺模型及经济环保评价

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总结

（文章来源：Nature，点击阅读原文可查看原始文献）

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