韩国研发环保阻燃碳纤维增强型复合材料 可用于航空航天/汽车等

2020-7-30 14:40     来源:盖世汽车网     

据外媒报道,韩国科学技术院(KIST)宣布,由Yong chae Jung博士领导的先进复合材料研究所的一个研究小组研发了一种阻燃碳纤维增强型复合材料(CFRP),利用从植物中提取的单宁酸制成,同时该小组还提出了一种环保的材料回收法。

(图片来源:KIST)

CFRP是一种含有碳纤维的复合材料,比钢轻4倍,但是强度是钢的10倍,广泛用于航空航天、汽车、造船和体育器材业。从结构上看,CFRP由碳纤维和环氧树脂构成,其功能与钢筋和水泥在混凝土结构中的作用类似。为了达到一定的机械强度,CFRP中碳纤维和环氧树脂必须被牢固地结合在一起。此外,CFRP还必须防火,因为常被用于与日常生活密切相关的应用中,如用作建筑材料。为了让CFRP发挥此类特性,有时需要让其与添加剂合成。

由于CFRP具有耐热性,通过添加卤素阻燃剂就可让其具有防火性能。不过,全球都禁止在CFRP中使用卤素,因为此种化学物质在焚烧回收时会产生有毒物质。因此,目前的任务是要利用无毒安全的材料制作出防火的CFRP。

(图片来源:KIST)

KIST先进复合材料研究所的首席研究员Jung Yong-chae试图利用一种环保物质――单宁酸,来提升CFRP的机械强度和阻燃性。单宁酸的特点是能够与碳纤维紧密结合,在燃烧时会变成木炭,烧焦的单宁酸会起到屏障的作用,阻止外部的氧气流入。通过利用单宁酸制造环氧树脂,并将其混合到碳纤维中,KIST的研究团队成功研发了一种坚固的阻燃性CFRP。

与易受热的传统环氧树脂不同,利用单宁酸制成的环氧树脂具有阻燃性,且无需添加剂,意味着焚烧CFRP进行回收时会产生有毒物质将不再是一个问题。此外,由于传统CFRP在焚烧时,其环氧树脂的性能会下降,无法实现完全回收,该研究团队还提出了一种新型回收法。

通过将CFRP溶解在超临界流体状态(例如温度和压力超过设定水平)的水中,在不降低碳纤维性能的情况下,99%以上的CFRP都可以被回收。研究还发现,环氧树脂溶解会产生一种称作“碳点”的物质,可用作电子材料(光电、传感、生物成像等)。与焚烧回收法不同的是,焚烧环氧树脂只能回收不完整的碳纤维,而此种新回收法可以回收复合材料的所有成分。

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