研究團隊開發出環保，阻燃的碳塑料，非常適合回收利用

2020/6/29 10:06:37

來源：韓國國家科學技術研究委員會

韓國科學技術研究院（KIST）宣布，由先進復合材料研究所Yong chae Jung博士領導的研究小組使用植物來源的單寧酸開發了阻燃碳纖維增強塑料（CFRP），并提出了一種環保回收的方法。

CFRP是一種包含碳纖維的復合材料，其重量比鋼輕約四倍，但強度卻高十倍，廣泛用于航空航天，汽車，造船和運動器材行業。 CFRP在結構上由碳纖維和環氧樹脂組成，它們在這種復合材料中的功能類似于鋼筋和水泥在混凝土結構中所起的作用。為了獲得機械剛度，碳纖維和環氧樹脂在CFRP中的結合必須牢固。此外，CFRP必須是防火的，因為它用于與日常生活密切相關的目的，例如用作建筑材料。為了在CFRP中誘發這些特征，有時會與添加劑合成。

由于其對熱的敏感性，CFRP通過添加鹵素阻燃劑而變得防火。但是，在全球范圍內禁止在CFRP中使用鹵素，因為在焚化回收時會產生有毒物質。因此，當前的任務是使用無毒，安全的材料制造CFRP阻燃劑。

KIST先進復合材料研究所研究員Jung Yong-chae試圖通過使用單寧酸（一種生態友好型物質）提高CFRP的機械剛度和阻燃性。單寧酸特征性地與碳纖維牢固結合。燃燒時也會變成木炭。焦黑的單寧酸可作為阻擋外部氧氣流入的屏障。通過用單寧酸生產環氧樹脂并將其混合到碳纖維中，KIST研究團隊成功開發了一種堅固且阻燃的CFRP。

與傳統的易受熱作用的環氧樹脂不同，由單寧酸制成的環氧樹脂具有阻燃性，不需要添加劑。這意味著焚化CFRP進行回收時產生的有毒物質將不再是問題。另外，由于常規CFRP燃燒時會降低其環氧樹脂的性能，從而無法完全回收，因此研究小組提出了一種新的回收方法。

通過以超臨界流體狀態（即，溫度和壓力超過設定水平）將CFRP溶于水中，可以回收超過99％的CFRP，而不會降低碳纖維的性能。還發現環氧樹脂溶解時會產生一種稱為“碳點”的物質，該物質可用作電子材料（Optronics，Sensing，Bioimaging等）。不同于通過焚化回收方法，該方法會燃燒環氧樹脂，僅留下不完整的碳纖維以進行回收，而這種新的回收方法可以回收復合材料的所有組件。

研究員Jung博士說：“我們創造了一種具有廣泛應用范圍的復合材料，與傳統的碳纖維增強塑料相比，其阻燃性，機械剛性和可回收性有了顯著改善。這些改進的特性非常重要因為它們決定了所述復合材料的應用范圍。”他補充說：“我們將審查這種復合材料的結構，以進一步提高性能，并進一步擴大其應用范圍。”

更多信息：Young-O Kim et al, Recyclable, flame-retardant and smoke-suppressing tannic acid-based carbon-fiber-reinforced plastic, Composites Part B: Engineering (2020). DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.108173

原文網址：https://phys.org/news/2020-06-team-eco-friendly-flame-retardant-carbon-plastic.html

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