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热塑性碳纤维复合材料的可回收利用性

 
  随着碳纤维复合材料应用领域的不断扩大,其废弃物的回收问题也引发了一定的关注。在污染和资源浪费日益严重的情况下,应该从复合材料应用的最初阶段就开始重视材料的选择以及回收利用成本,这有利于从整体上降低回收成本并减少环境中的废弃物。
 
   开展针对热塑性碳纤维的研究,碳纤维增强复合材料零部件的应用方应从复合材料的树脂基体考虑,在使用性能得到保证的前提下,尽量采用热塑性树脂作为复合材料基体,这将利于碳纤维的回收和循环利用。
 
   碳纤维增强热塑性复合材料主要有短纤维(0. 2 -0. 4 mm)增强、长纤维(6-10 mm)增强和连续纤维增强这三种形态。碳纤维增强热塑性复合材料的回收方式与碳纤维在树脂中的形态和成型方法有很大关系。
 
   目前,碳纤维增强热塑性复合材料主要制备方式是熔体成型方法,包括:注塑成型、模压成型、层压成型、缠绕成型、拉挤成型等。对于高熔点的热塑性树脂,比如聚醚酰亚胺(PEI)和聚醚醚酮(PEEK),可采用溶剂法成型。
 
   由于热塑性树脂是线性分子结构,在高温下易实现从固态到液态的转化,因此碳纤维增强热塑性复合材料可以通过重熔重塑的方法进行回收,和热固性树脂基碳纤维复合材料相比,其可回收性更强。
 
   虽然热塑性树脂可以多次重复塑形,但对短碳纤维增强热塑性复合材料来说,其再次利用的关键是保持短纤维在复合材料中的取向程度,排列规则的短纤维增强复合材料可以使拉伸强度和拉伸模量保持在80-90%。
 
   无论是短碳纤维增强还是连续碳纤维增强,在其回收再利用的过程中,如果能提高再生碳纤维增强热塑性复合材料的使用性能,就会进一步增强其回收价值。
 
   切片再塑法也是一种常见的热塑性树脂回收方法。在纤维取向程度类似的情况下,碳纤维的体积含有率是影响复合材料回收后力学性能的主要因素,而回收碳纤维增强复合材料的模量值主要取决于碳纤维的长度,强度值取决于纤维和树脂的浸渍质量。
 
   通过工业优化,切片重塑法可实现碳纤维复合材料的低成本多次重复回收,可满足碳纤维复合材料在一般民用领域的应用。
 
   近来,除了航天航空领域,连续性碳纤维增强热塑性复合材料也逐步应用于骨外科医疗器械、电子电器、高端工业等领域中,无论是从产品性能角度还是从回收利用角度看,热塑性碳纤维复合材料的发展前景都值得期待。

   
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