首页/文章/ 详情

回收技术·植物基环氧树脂可实现可回收碳纤维,提高大众市场电动汽车的经济性

6月前浏览2003

本文摘要:(由ai生成)

美国国家可再生能源实验室(NREL)的科学家尼古拉斯·罗勒及其团队开发了一种生物基环氧树脂和酸酐硬化剂,制造出可回收的碳纤维复合材料。通过甲醇分解过程,这种材料能在室温下被有选择性地分解,实现碳纤维的回收而不影响纤维质量或取向。这项技术有望降低碳纤维成本,减少其生产过程中的温室气体排放,并使碳纤维在电动汽车等领域的应用更加经济和环保。

强度是钢的10倍,重量几乎是铝的一半,硬度远高于玻璃纤维——碳纤维具有的一系列优势,使其成为豪华轿车和一级方程式赛车的首选材料。

 /


但据美国国家可再生能源实验室(NREL)科学家尼古拉斯·罗勒(Nicholas Rorrer)称,它仍然需要完善才能使大众市场车辆变得经济实惠。“碳纤维很贵,”他解释道。“制造碳纤维也是能源密集型的,所以它对温室气体(GHG)并不完全友好。制造易于回收的碳纤维在这两方面都有帮助。”


由于生物基材料设计的最新进展,碳纤维的工业回收可能已经近在咫尺。


通过美国能源部车辆技术办公室支持的复合材料核心项目,Rorrer和NREL的其他研究人员已经证明,通过引入更容易降解的基团,用生物基环氧树脂和酸酐硬化剂制造碳纤维复合材料,使材料完全可回收。事实上,循环过程称为甲醇分解,可以在室温下有选择性地被触发,而不会降低纤维的质量或取向。这可能代表着向循环材料迈进了一大步,这种材料可以使碳纤维在多个生命周期中使用时更便宜、更环保。

近距离观察碳纤维

坚固、轻巧且不可回收——现今的碳纤维是通过将编织碳丝置于胶状环氧树脂中制成的,这种材料可以提高汽车性能,但无法有效回收。

碳纤维既坚固又轻巧,其优势来自其分层设计。它是由纯碳长丝和被称为“热固性树脂”的胶状环氧树脂涂层组成的复合材料。固化时,液态树脂中的分子相互结合并围绕编织碳丝,硬化成坚固而坚硬的晶格体。


当使用模具生产时,该材料可以采用各种形状,用于各种应用,从汽车保险杠到风力发电机叶片等等。


然而,固化环氧树脂的热固性使得这些优质产品难以分解,尤其是在不严重损坏碳丝的情况下。由碳纤维制成的产品(尽管价格高昂)通常会在其寿命终结时被运往垃圾填埋场,连同他们可能获取的任何效率收益。


事实上,尽管碳纤维可以将一辆典型乘用车的重量减少一半——将其燃油效率提高多达 35%——但任何效率优势都被用于制造它的温室气体密集型能源有效地抵消了。合成碳纤维需要超过1000°C的温度。


这一现实让 Rorrer 思考:“有没有办法在多种物质生命中重复使用碳纤维来回收该纤维并获得更多价值和环境效益?


通过设计使环氧树脂可回收

Rorrer 和他的团队对生物质的化学性质进行实验,以了解它是否能够制造出一种新的可回收环氧树脂。与石油中的碳氢化合物相比,生物质含有更高水平的氧和氮,提供了不同的化学可能性。


Rorrer解释说:“我们从本质上重新设计了环氧胺树脂,即线附近碳纤维中的热固性树脂,其中环氧树脂和酸酐是由生物质合成的,主要是由糖的生物和化学转化合成的。”。“我们已经证明,重新配制的树脂可以保持和/或超过今天的环氧胺树脂的所有相同性能,但也可以通过设计和室温使其可回收。”


NREL团队使用一种特殊的催化剂,能够在室温下分解生物基树脂,这一过程被称为“解聚”。这使它们能够恢复碳丝,同时保持其质量和排列。


“我们实际上可以在至少三个材料生命周期内保持纤维质量,”Rorrer 说。“因此我们不仅可以回收碳纤维;甚至还能在不损害性能的情况下进行。我们根本没有对材料进行降级循环利用。”


结合 NREL 对低成本、生物基丙烯腈作为碳纤维前驱体的研究(该研究在 2018 年获得了 R&D 100 奖),环氧树脂方面的突破可能会大大有助于使碳纤维复合材料更具成本效益和环保。


能够提取和回收碳纤维可以使这种材料对大众市场的电动汽车更加经济,从而为电池腾出重量和空间。它还将材料的温室气体排放量降低 20%–40%。更好的是,它可以在不增加制造成本的情况下实现所有这些,因为 Rorrer 估计 NREL 的环氧树脂可以以与当今石油基环氧胺树脂大致相同的价格生产。


“通过使用生物基原料而不是石化原料,我们不必使用额外的能源来大幅改造他们的化学品,”Rorrer 补充道。“这使我们能够更精确、更便宜、更有效地设计具有性能和环境优势的先进材料。”

来源:JEC

编译:赛奥碳纤维

特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。

广告免责声明:为了公 众号稳定发展,本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关,特此声明。


来源:碳纤维生产技术
复合材料化学汽车电机材料模具
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-06-22
最近编辑:6月前
碳纤维生产技术
助力国内碳纤维行业发展
获赞 29粉丝 40文章 3779课程 0
点赞
收藏
作者推荐

年度盘点·2021年度国外碳纤维大事件

本文摘要:(由ai生成)2021年国际碳纤维产业活跃,多家企业合作与创新。台塑与CATACK-H合作碳纤维回收,东丽增产风机叶片碳纤维,帝人增建航空航天预浸料产能。莱昂纳多建首座碳纤维试验工厂,三菱化学推耐高温CFRP及快速固化预浸料。碳纤维产业链上下游均有新动作,包括碳纤维生产、回收、新材料开发等,旨在提高产能、降低成本、加强供应链,并推动碳纤维在更多领域的应用。碳纤维生产技术总结了2021年度国外碳纤维大事件,以飨读者。本次盘点按时间倒序给出,主要涉及碳纤维生产企业及碳纤维生产制备技术相关事件。如有遗漏,请各界人士补充。 台塑集团与韩国碳纤维回收初创企业达成合作 近日,台塑集团与韩国碳纤维回收初创企业CATACK-H达成合作,旨在为客户提供包含原生及再生碳纤维在内的综合解决方案。借助CATACK-H的专利技术,从台塑及台塑客户处收集的碳纤维废料将被加工成品种多样的再生制品。与其他现有回收技术相比,该技术不仅能够实现纤维回收,且回收纤维的品质不逊于原生纤维,同时还能够对树脂进行回收。 日本东丽:公司风机叶片碳纤维全球产量将增加25% 将以2023年为目标,把墨西哥工厂的年产能从目前的1.3万吨增加到2万吨。加上匈牙利工厂,全球年产能将达到3.5万吨。 帝人将提高航空航天用高耐热碳纤维预浸料产能 2021年10月19日,帝人有限公司(Teijin)官方发布公告称,其碳纤维子公司Renegade Materials Corporation是美国领先的航空航天工业高耐热热固性预浸料、树脂和粘合剂供应商,将扩大其预浸料产能约2.5 倍。产能的提升符合 Renegade在俄亥俄州迈阿密斯堡的产能扩张战略,是2019年12月投资 400万美元的成果,该项目于2020年3月开工。新生产线将于2022年1月开始运营。 莱昂纳多集团将领衔投建意大利首座碳纤维试验工厂 外媒消息称,意大利莱昂纳多集团(LDO Spa)将与MAE Spa公司合作,投资1700万欧元建设意大利首座碳纤维试验工厂。该项目受意大利国家商业开发署Invitalia资助。“这将是意大利首次尝试在本土生产碳纤维。”LDO航空构件事业部研发及知识产权经理Stefano Corvaglia表示。新工厂预计将于2022年一季度建成,二季度投产,年内进行样品测试并供其他研发活动使用。工厂产能约为30吨PAN原丝+12.5吨碳丝/每年(250日)。 帝人(越南)碳纤维复合材料制品工厂正式投入商业生产 7月12日,日本帝人集团宣布,其于2019年5月成立的帝人碳纤维(越南)有限公司正式投入商业生产。该工厂位于越南河南省维先县。新工厂将利用预浸料生产碳纤维复合材料制品,与现有新加坡、上海、台北等地兄弟机构互为协同,面向东南亚、南亚、亚太广大市场进行生产销售,为产业链上下游提供更加及时充分的服务,巩固现有市场份额并开发新客户。前期,新工厂将以钓鱼、高尔夫球、自行车、冰球等体育及户外运动为主要目标市场,后期将进一步扩大到一般产业和航空航天领域。 三菱化学推出可耐300℃高温的碳纤维增强酚醛树脂复合材料 6月17日,日本三菱化学株式会社宣布已开发出兼具轻质/刚性和高耐热性的碳纤维复合材料 (CFRP),以酚醛树脂为基体树脂,具有高耐热性,即使在300°C下其物理性能也不会降低。CFRP兼具轻量性和强度性,预计将越来越多地用于追求减重要求和生产效率的移动交通和工业机械应用领域。然而,基于通用环氧树脂的CFRP在耐热性方面存在问题,无法完全满足客户多样化的需求。 卓尔泰克墨西哥工厂扩产 PX35大丝束碳纤维全球产能增至2.8万吨/年 通过扩大运营,墨西哥碳纤维年产能将增至1.3万吨,卓尔泰克PX35碳纤维全球总产能将提升至2.8万吨。Zoltek 继续其将碳纤维商业化的使命,并提升其作为工业级碳纤维全球领导者的地位。Zoltek 的 PX35 50K 碳纤维在匈牙利和墨西哥生产,是风能和汽车等大规模工业应用的既定标准。“随着风力发电机通过更长、更轻的叶片不断提高效率,我们继续看到对碳纤维的需求增加。我们还看到了汽车和能源存储方面的应用开发。5月25日,韩国晓星宣布将在全州工厂建设第三条PAN基碳纤维生产线,产能2500吨/年。2022年建成后,公司碳纤维总产能将提升至6500吨。 欧洲帝人碳素公司推出碳纤维/PPS热塑性单向预浸带新产品 欧洲帝人碳素公司/Teijin Carbon Europe GmbH(德国乌珀塔尔)于5月19日宣布了一种聚苯硫醚(PPS)基的新型碳纤维热塑性单向预浸带(TPUD)。帝人表示,带有PPS基质的新型Tenax TPUD允许进入成本敏感的新市场,同时提供TPUD的传统优势,例如耐化学药品和溶剂性、低易燃性,可在室温下储存或运输以及可回收利用性。 三菱化学推出60秒快速固化碳纤维预浸料新产品 5月10日,三菱化学宣布开发出60秒快速固化碳纤维预浸料产品,并已于今年4月起正式开始销售。受环保因素影响,轻质高强的碳纤维复合材料越来越受到航空、汽车等行业的重视。然而,在应用过程中,受成型时间制约,生产效率无法满足实际需求,给其普及带来了困难。为此,三菱化学专门开发了此款既能快速固化,又能稳定保存的碳纤维预浸料。它能满足汽车部件对耐热性的要求,同时具备出色的机械强度,具有较大的市场潜力。 东丽碳纤维价格上调2成 据日经中文网报道,东丽将从新合同开始将碳纤维的销售价格提高约2成,东丽将通过2017年以来的首次统一提价来加快改善盈利。上调价格的主要原因是由于主要原料价格上涨、集装箱短缺等导致物流费用上升,东丽的成本负担正在增加。 日本东丽利用多孔碳纤维开发了二氧化碳分离膜 2021年4月15日,日本东丽公司官网报道:已经开发了一种具有双重全碳结构的二氧化碳分离膜。双重结构包括作为支撑的中空多孔碳纤维和表面的薄碳膜分离层。这种纤维可以为气体分离膜提供支撑层,通过形成中空纤维,气体分离膜具有优异的气体渗透性、化学和耐热性。 三菱推出以氰酸酯树脂为基体的高强度耐热性碳纤维预浸料新品 3月17日,三菱化学宣布推出以氰酸酯树脂为基体的碳纤维预浸料新品,兼具出色的高强度和耐热性。三菱化学利用自身积累的技术优势,通过将原材料技术与催化剂技术相结合,创造性地开发出一款氰酸酯树脂材料,并以之为基体,研发出这款新的碳纤维预浸料产品。该产品不仅具备碳纤维的韧性和强度,并且能耐受250℃的高温。同时,它的储藏稳定性优于传统氰酸酯树脂材料,能够在环氧CFRP材料所用的相同模具中固化,且易于加工。 白宫行政命令建立弹性碳纤维供应链,加强美国国家安全 2月24日,拜登总统签署了一项行政命令,以帮助在美国建立更具弹性和安全性的关键和基本商品供应链。根据这项宣布,该命令将在联邦机构间立即展开为期100天的审查,以解决四个关键产品供应链中的漏洞。这些产品包括活性药物成分(api)、半导体和先进的包装、大容量电池和重要的矿物质,包括碳纤维。审查将确定政府近期可以采取的措施(包括与国会合作),其主要目标是增强供应链的弹性,以保护美国免于未来面临关键产品短缺,保持美国的竞争优势并加强美国国家安全。这些行动也将确保该国面对挑战迅速作出反应的能力。帝人推出碳纤维中间材料TENAX 强力系列和光束系列新品牌,强化体育事业 2021年2月26日,帝人有限公司宣布了其新的“TENAX PW”(TENAX 强力系列)和 “TENAX BM”(TENAX光束系列)品牌,采用了用于飞机和人造卫星等技术的碳纤维中间材料推广到体育用途的新品牌。 本文由碳纤维生产技术独家整理报道特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。广告免责声明:为了公 众号稳定发展,本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关,特此声明。来源:碳纤维生产技术

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习计划 福利任务
下载APP
联系我们
帮助与反馈