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科学家发现植物酸使碳纤维不易燃烧 更容易回收利用
贤集网 / 邢岫烟 / 2020-06-29 14:17:33
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据外媒New Atlas报道,碳纤维复合材料可能很轻、很结实,但让它们的抗燃性一直是个难题。不过现在,韩国科学家发现,一种植物衍生的物质既能让它们不燃烧,又能让它们更容易回收。过去,为了使碳纤维复合材料具有抗燃性,人们将卤素添加到碳纤维复合材料中。但是,由于在焚烧材料进行回收时,会产生有毒物质,因此最终在全世界范围内禁止使用。焚烧过程中,复合材料中的环氧树脂被烧掉,只留下碳纤维的碎片。

在Yong-Chae Jung博士的带领下,韩国科学技术研究院(KIST)的研究人员最近尝试用单宁酸来代替卤素。单宁酸是一种丰富的天然多酚,由植物产生。当添加到环氧树脂中时,该酸改善了该树脂与碳纤维的粘合能力。但更重要的是,当单宁酸暴露在火焰中时就会炭化--这就在碳纤维表面形成了一个炭化层,从而使火焰中的氧气无法进入材料中。因此,这种复合材料既坚硬又耐燃。

此外,只要将材料放在处于超临界流体状态的水中,就能彻底回收利用--这意味着液体的温度和压力被保持在特定的临界水平之上。复合材料在浸泡后“数十分钟 ”内就会溶解,使99%以上的纤维和树脂都能得到回收。

更重要的是,回收的树脂可以用来生产碳量子点,目前碳量子点被利用在LED和有机太阳能电池等物品中。

“我们创造了一种应用范围扩大的复合材料,与传统的碳纤维增强塑料相比,在阻燃性、机械刚性和可回收性方面都有显著的改善。”Yong-Chae Jung博士说。“这些改进的性状意义重大,因为它们决定了所述复合材料的应用范围。”

有关该研究的论文近日发表在《Composites Part B: Engineering》杂志上。

我相信不少人听过碳纤维自行车、碳纤维汽车框体,但是应该很少有人听过碳纤维地铁。事实上早在2018年年末,中德就曾合作研发过碳纤维地铁,并且获得了阶段性的成功。而这种碳纤维地铁相较于传统地铁的优势也很明显——灾害抵御能力强。一般来说,交通工具想要做快,轻量化是一个有效的方法,例如在车身材料中增加铝合金比重。但与此同时,这种轻量化是需要牺牲车体抗冲击能力和耐腐蚀能力的。而碳纤维却弥补了这一点,换言之,在同样满足轻量化的同时,碳纤维给地铁带来了更强的身体耐久。

而提到碳纤维的发展问题,相关的仪器自然也是经常被提起的内容。随着近年来碳纤维运用的逐渐普及,与碳纤维有关的仪器也逐渐增加,其中有的是用到碳纤维技术的新产品,有的则是碳纤维研究、研制的必要设备。其中,试验机作为助力碳纤维及碳纤维产品研制的仪器,可以算是新材料的检察官。传统的碳纤维试验机有碳纤维粘接强度检测仪器、单丝碳纤维拉伸试验机等。此外还有用于碳纤维相关设备研发的碳纤维压机专用模温机、张力计等,这些仪器基本上都是用来满足碳纤维的理化特点测验的。

最后,需要一提的是,关于碳纤维发展的前景,还有一点需要考虑的就是成本。就目前来说,碳纤维的使用成本依旧是一个比较严肃的话题,如何降低成本同样是碳纤维的发展方向之一。

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