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碳纤维制品

碳纤维:具有肮脏秘密的神奇材料

发布于:2019年11月15日

碳纤维:具有肮脏秘密的神奇材料

工人组装了宝马i3电动模型,这是第一款批量生产的具有碳纤维乘员室的汽车。


  研究人员正在争先恐后地将坚固,轻质的碳纤维材料运出垃圾填埋场,并准备好进行回收和再利用。

  碳纤维作为清洁经济的一个奇迹材料。高强度和低重量的独特组合帮助推动了风力发电的革命,并使飞机的燃油效率更高。

  碳纤维涡轮机叶片可以比传统的玻璃纤维叶片更长,更坚固,从而使它们在海上更具弹性,在微风条件下效率更高。

  汽车制造商也正在意识到这种材料制造更轻,更高效的汽车的潜力。迈凯轮最近宣布了在谢菲尔德开设工厂生产碳纤维跑车的计划,而宝马的i3则配备了碳纤维乘员组,这是第一款大规模生产的汽车。

  但是碳纤维有一个肮脏的秘密:高科技材料生产浪费且难以回收。

  为了成为强大,轻型复合材料行业的挚爱,碳纤维与塑料聚合物树脂相结合。但是,通常用手将复合材料片叠放的制造过程是浪费的。

  根据回收公司的说法,尺寸缩小时,这些碳纤维片材中几乎有三分之一都浪费在了工厂的地板上。该公司表示,大部分碳纤维最终将填埋。除非迅速采取行动,以使其回收和再利用,否则成为造成浪费问题的几个新材料之一。

  研究人员和初创公司正在竞相解决这个难题。如果他们可以将碳纤维从垃圾填埋场转移出去,那么他们就可以为在汽车,自行车和许多其他应用中使用回收的碳纤维打开大门。由于原始材料的生产是该过程中能耗最高的部分,因此它们还可以节省大量能源。

  关键问题是碳纤维不能像铝一样简单地熔化和重整。碳纤维复合材料的强度来自精确对准的长碳纤维,碳纤维固定在胶状聚合物中,该聚合物在高温高压下固化。一旦固化,这些坚韧的聚合物中的大多数将不会熔化,必须燃烧掉或化学溶解才能回收有价值的纤维。

  皮克林(Pickering)的研究团队正在研究一种方法,将回收的碳纤维分散在液体中,并通过迫使其通过一个微小的喷嘴来重新排列。他认为,该过程最终将导致再生碳纤维的强度足以满足汽车用途。

  他说,更有效的回收利用也可能对成本产生重大影响。捷豹路虎的研究表示,作为汽车零件的材料,碳纤维目前的价格是钢的20倍,是铝的10倍。

  总部位于科罗拉多州的碳纤维初创公司Mallinda的首席执行官Chris Kaffer同意有降低成本的余地。该公司开发了一种新型聚合物,该聚合物可以在较低的温度下进行重塑和修复,并且由于易于重塑,因此可以在不到一分钟的时间内冲压出碳纤维汽车零件,而无需花费数小时的时间。 。

  Kaffer说:“我们设想通过创建将再生纤维纳入新产品的二级市场来降低碳纤维的成本。”

  那不会在一夜之间发生。过去,主要的汽车制造商证明采用新材料的速度很慢:例如,将F-150皮卡的底盘从钢制改为铝制,福特花了6年时间,耗资10亿美元。

  “此外,我们还有50年的传统碳纤维化学和化学发展的步伐,” Kaffer说。

  好消息是碳纤维产品的使用寿命很长:目前一代的风力涡轮机叶片和电动汽车至少要再十年才能驶向残骸场。也许到第二代退休时,我们将有更好的地方放置它们的珍贵碳纤维,而不是在地下挖洞。

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