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关于硅橡胶自粘带,材料回收及修复的新技术
更新日期:2022/3/22   

帆船、皮划艇、赛艇等运动中的船体都需要强度足够高、重量足够轻的材料制造,为运动健儿们提供保障。而这些优质的材料,通常是碳纤维增强的环氧树脂复合材料,却面临着回收难、修复难的问题,使得其应用受到很大的限制,下面我们将讲述相关研究者们在这个方面的新近成果。

在过去的一个春天里,我们已经见证了很多碳纤维增强复合材料的回收以及修复新方法的诞生,但它们中的绝大多数仍处于实验室研究开发阶段,其中一些甚至需要彻底改变复合材料的生产工艺以适应这些新方法。现在,一项来自Georgia Tech新技术可以对一些特定种类的热固性环氧树脂基碳纤维增强复合材料进行100%的回收,同时也可被用于修复材料表面受到的损伤。

回收和修复一直是困扰此类材料在汽车生产中大规模应用的两个问题。迄今为止,多数现有的回收措施均无法保留纤维和聚合物复合材料原有的力学性能。因此,对这种难以修复及回收的顽固材料的新举措,尤其是对碳纤维类的,将会很大程度上造福航天等工业领域。

佐治亚理工学院(Georgia Tech)可再生生物制品研究所(Renewable Bioproducts Institute)研究团队的负责人,机械工程教授Jerry Qi,认为此项新技术面临着传统碳纤维复合物回收中两个重大挑战:一是聚合物复合材料通常拥有类似橡胶的交联网络,难以直接溶解;二是在聚合物中很难把混杂在其中的碳纤维分离出来,而碳纤维才是值得回收的部分。

研究人员将目光放在了采用“塑胶“(vitrimer)环氧树脂的复合材料,因为在特定情况下,这些环氧树脂中可以在保证交联网络完整性的前提下改变自身的结构形态。

该研究团队在Advanced Functional Materials的一篇文章中详细描述了他们的工作:把塑胶环氧树脂复合物浸泡在酒精溶液中,同时升温。由于溶剂分子足够微小,故可参与发生在环氧树脂共价键网络中的链转移反应,进而将大分子链溶解并割裂成一条条短链。

一旦环氧树脂溶解,碳纤维就可被完完整整地提取出来,并保有与出厂时的初始力学性能及形态。而当对整个溶液体系继续加热时,可以引发环氧树脂再度发生聚合反应,这意味新一代可重复利用聚合物纤维复合物成为可能。

该研究团队还发现这种过程同样可以用来实现对聚合物表面的修复。值得一提的是,被修复或回收利用的材料仍旧保有初始机械性能。Kai Yu,文章的主要作者及佐治亚理工学院前任机械工程博士后研究员,表示这项技术的简易性、直接性、可操作性和可预测性使得这项技术可以被很好地运用到工业生产中。




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