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中科院煤化所:精巧拆解“终极材料” “退役”风机变废为宝

   日期:2021-10-08     来源:复材模压网    浏览:275    评论:0    
核心提示:风电机组叶片的外壳常采用玻璃纤维增强树脂,叶尖和叶片则采用强度更高的碳纤维。这些复合材料的分子结构极其坚固、空气动力性好,能将叶片做得更轻、更长,让风机吸收更多风能。这其中,热固性树脂约占三成,相当于混凝土建筑中的填充物,而碳纤维、玻璃纤维等约占七成,相当于混凝土中的钢筋,两者结合,坚不可摧。常用的碳纤维复合材料主要由碳纤维和热固性树脂复合而成,具有不溶不熔的特性,被称为“终极材料”,回收利用价值高,却难以实现。
      中科院煤化所侯相林团队——

精巧拆解“终极材料” “退役”风机变废为宝

“这项研究不仅能使‘退役’的风机叶片变废为宝,还适用于很多高端制造业,安全处理‘顽固’的固废。”中国科学院山西煤炭化学研究所近日又传来好消息,311课题组研究员侯相林团队经过十余年的潜心研究,掌握了“拆解”风机叶片主要材质——热固性碳纤维树脂复合材料的办法,实现了绿色回收,变废为宝。

风电机组叶片的外壳常采用玻璃纤维增强树脂,叶尖和叶片则采用强度更高的碳纤维。这些复合材料的分子结构极其坚固、空气动力性好,能将叶片做得更轻、更长,让风机吸收更多风能。这其中,热固性树脂约占三成,相当于混凝土建筑中的填充物,而碳纤维、玻璃纤维等约占七成,相当于混凝土中的钢筋,两者结合,坚不可摧。常用的碳纤维复合材料主要由碳纤维和热固性树脂复合而成,具有不溶不熔的特性,被称为“终极材料”,回收利用价值高,却难以实现。

最关键的问题是,从风电机组的使用年限来看,​我国即将迎来一大波风机叶片报废潮,有数万台。“不仅是风机叶片,很多高端制造业都在使用这种复合材料,如能回收再利用,有很高的经济价值。国外研究团队相继开展相关研究,却没有太大的进展。”研究员侯相林进一步介绍说,普通的热塑性塑料,比如农田里的地膜,它的分子链为线型结构,自然降解需要200年至400年,而热固性树脂的分子链是刚性的三维网络结构。也就是说,以热固性树脂为基础制造的复合材料,虽然回收利用价值高,却无法自然降解,拆解更是难上加难。

侯相林团队前瞻性地开展了热固性树脂的研究,希望能为即将大量“退役”的热固性高分子材料回收开辟一条路径。在前期多年研究的基础上,侯相林团队的成员邓天昇、武少弟等研究人员从十余种催化剂中挑选出性能最优的,得到了试验的关键数据,是国内首创在较温和的条件下将其分子结构“拆解”开,形成长链热塑高分子或者树脂合成单体。这一办法是目前比较符合循环经济再利用的好方法,回收后的树脂产物可制成环氧沥青,再进一步处理可以得到双酚A等,每吨市场售价数千元乃至上万元,经济效益十分可观。

据介绍,此项研究已经在实验室阶段取得了较为理想的成绩,准备进行中试放大。总体从数据指标看,环氧树脂降解率大于99%,回收率大于95%;碳纤维回收率大于96%,纤维强度损失小于5%,回收的碳纤维单丝强度指标、模量与原丝相差无几,可以说是将固废直接变回原料。侯相林表示,“我们有信心将实验室结果与实际生产最终实现对接,提取出更多有价值的化学品,创造更大的环保效益和经济效益。”


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标签: 复合材料
 
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