Kohlefaser gilt in der Branche als „König der Materialien“ und „schwarzes Gold“. Es zeichnet sich durch geringes Gewicht, hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus und wird häufig in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Energie, Transport, Windkraftblätter, Baubrücken, militärische Ausrüstung und anderen Bereichen eingesetzt. Es ist ein wichtiges Material für die Landesverteidigung und die zivile Produktion und Leben.

In den letzten Jahren, als die Kohlefaserindustrie in eine Phase rasanter Entwicklung eingetreten ist, hat der Einsatz von Kohlefaserverbundwerkstoffen zugenommen und der Produktionsprozess hat immer mehr Abfall erzeugt. Branchenexperten weisen darauf hin, dass in allen Bereichen der Carbonfaser-Industriekette Abfall entsteht und die Ausschussrate allein im Produktions- und Herstellungsprozess 30 bis 50 % beträgt. Darüber hinaus ist CFK schwer zu reparieren und sogar ein Teil des Schadens wird verworfen.

Da Kohlefaserverbundwerkstoffe unter natürlichen Bedingungen nicht abbaubar sind, können große Mengen an Schrott und Abfall nur noch deponiert werden. Laut Statistik belief sich der weltweite Kohlenstofffaserverbrauch allein im Jahr 2018 auf 92.600 Tonnen, davon entfielen 30.300 Tonnen auf Schrott. Dies führt nicht nur zu einer Umweltverschmutzung, sondern ist auch eine große Ressourcenverschwendung.

CFRP-Zersetzungs- und Recyclingtechnologie bei Umgebungstemperatur

Das Forschungsteam hat eine Technologie entwickelt, die CFRP einfach bei niedriger Temperatur zersetzen kann. Durch das Einweichen von CFK in die Lösung können Kohlenstofffasern in kurzer Zeit vom Harz getrennt und gleichzeitig der Harzrohstoff recycelt werden.

Diese Technologie ist eine revolutionäre neue Technologie, um das schwer zu verarbeitende CFK wieder dem Rohmaterial zuzuführen und es vollständig zu recyceln. Diese Technologie ist von der Struktur der Redoxreaktion inspiriert, die im menschlichen Körper abläuft.

Der Grund für die Festigkeit von CFK ist die Kombination aus Kohlefaser und Kunststoff. Kohlenstofffasern brechen nicht so leicht und sind stark, lassen sich aber leicht biegen. Wenn Kohlenstofffasern mit Harz verbunden werden, entsteht daraus ein hervorragendes Material mit Leichtigkeit und Festigkeit, wodurch eine kraftvolle Kombination aus Kohlenstofffasern und Kunststoff von erstaunlicher Festigkeit entsteht, im Gegenteil jedoch auch ein großes Hindernis für das Recycling darstellt.

Der in CFK verwendete duroplastische Kunststoff lässt sich nach dem Erstarren nur sehr schwer zersetzen und kann nur über längere Zeit durch Verbrennen oder Deponieren entsorgt werden. Bisher wurde für das Recycling der Wirkstoff Mercaptoethanol verwendet, der die SS-Bindung innerhalb von CFK zerstören kann, allerdings ist der Wirkstoff zu giftig und weder sicher noch umweltfreundlich.

Das Forschungs- und Entwicklungsteam richtete seine Aufmerksamkeit auf ein natürliches Biomaterial, das in Wasser gelöst und dann einem organischen Lösungsmittel zugesetzt wurde, in das CFRP gegeben wurde, und das Harz in CFRP wurde nach mehrstündigem Rühren bei Raumtemperatur in der flüssigen Phase gelöst.

Das Prinzip besteht darin, dass die Natur des biostrukturierten Materials genutzt wurde, um die SS-Bindung im CFK neu zu organisieren und die SS-Bindung im Harz zu ersetzen, und das zersetzte Harz im organischen Lösungsmittel gelöst wurde.

Die Zerlegung wird durch den Austausch des SS-Schlüssels im CFK erreicht

CFK wird mit Lösungsmittel imprägniert → nach 3-stündigem Rühren → Harz ist vollständig aufgelöst und Kohlenstofffasern sind vollständig abgetrennt → Lösung nach CFK-Zersetzung

Diese Technologie, die starkes CFRP zersetzen und wiederverwenden kann, indem der Lösung einfach biologische Materialien hinzugefügt werden, ohne schädliche Stoffe zu verwenden, wird voraussichtlich der Schlüssel zur Popularität von CFRP im Zeitalter der Energieeinsparung und des Umweltschutzes sein.