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IM电竞平台首页_侯相林团队潜心研究十余年,掌握热固性碳纤维树脂复合材料的技术2021-09-17

作者: IM电竞平台首页

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文章来历:《山西日报》

我国初期风机电组较为主流的风机叶片由玻璃纤维加强的热固性树脂基复合材料加工而成。最近几年来,为顺应海优势电等年夜叶片的成长趋向,具有更优机能的碳纤维复合材料横空出生避世,在行业慢慢获得利用。但是,这些机能优良的复合材料,却面对着收受接管工艺复杂、收受接管价值不高的困难。

近日,中国科学院山西煤炭化学研究所研究员侯相林团队颠末10多年的潜心研究,把握了“拆解”风机叶片首要材质——热固性碳纤维树脂复合材料的法子,让“固执”固体废物回归根源,补齐了绿色收受接管最要害的一环,教科书里的“最终材料”从此不再最终。

教科书里的“最终材料”

每片风机叶片出厂前,外壳上常采取玻璃纤维加强树脂,叶尖、叶片主梁则采取强度更高的碳纤维,这些高端材料布局极为坚忍,空气动力性好,叶片又轻又长,让风机动弹起来能接收更多的能量。经常使用的碳纤维复合材料首要由碳纤维和热固性树脂复合而成,具有不溶不熔的特征,让它有个“最终材料”的名号。这类高份子聚合物材料,交联络构不克不及反复加工成型,恰是这层“金钟罩”的庇护,造成该材料的收受接管操纵几近是不成能完成的使命,同样成为阻碍复合材料成长的瓶颈问题。

侯相林研究员介绍说,通俗的热塑性塑料,好比农田里地膜,它的份子链为线型布局,天然降解需要200年—400年,而热固性树脂的份子链呈体型网状布局,是刚性的三维收集布局,它的复合材料的单元密度只有钢铁的1/4,划一重量的材料力学机能倒是金属的好几倍。“前者像竹竿,是线性的,后者像不锈钢梯子,呈立体状,以热固性树脂为根本制造的复合材料根基上没法靠年夜天然降解,拆解难度难上加难。”

摸索无害化风机叶片收受接管

据领会,从风机电组服役年限来看,2025年前后,我国将迎来一年夜波风机叶片报废潮。到2030年,我国将有跨越3万台风机电组面对换新,到2035年这一数字将跨越9万台……不但用在风机叶片,几近所有的高端制造业都在利用这类材料。2020年全球碳纤维加强复合材料的年产量跨越14万吨,碳纤维加强塑料市场范围到达了400多亿美元。“就在这几年,国内涵本世纪初装机的一多量风机电组也面对着年夜范围集中退役,收受接管风电叶片里的复合材料应当提上日程了。国外研究团队接踵展开相干研究,可是没有任何一家公司可以或许实现年夜范围收受接管操纵,明知道它有很高的价值,但都是束手无策。”侯相林说。

情况问题对热固性树脂市场组成了重年夜挑战,最近几年来,热固性树脂和复合材料产量增加,极年夜地增添了废物的数目。碳纤维加强复合材料烧毁物估量将到达6.2万吨范围,包罗过时的预浸料、制造进程中发生的下脚料、测试材料和到达利用寿命的材料,公道措置这些复合材料已燃眉之急。国表里有的企业想测验考试热塑性树脂取代热固性树脂制造复合材料,有的企业只能收受接管复合材料里的一部门玻璃纤维,风电行业作为新兴行业,对风机电上的叶片的现实处置方面经验少之更少,真正想要做到财产化,有人猜测还需要20年以上。实现风机叶片全生命周期的绿色化、无害化,一向是风电全行业寻求的方针。以侯相林研究员负责的山西煤化所311课题组前瞻性地展开了热固性树脂开辟操纵研究,为行将年夜量退役的热固性高份子材料收受接管操纵奠基了根本。分歧的钥匙才能打开分歧的锁扣,针对环氧树脂固化剂种类的分歧,侯相林团队开辟了多种催化系统,经由过程特定位置的“断键”开锁,实现了废旧复合材料“变废为宝”的改变。分歧在传统以小份子降解产品为方针的“以破为主”的收受接管思绪,研究团队提出选择性断键降解收受接管热固性树脂的新思绪,并操纵配位不饱和或弱配位的金属离子选择性地断裂树脂化学键,实现了热固性树脂基复合材料的高效降解和全成份收受接管。操纵水相系统配位不饱和的锌离子选择性地断裂环氧树脂的碳氮键,实现了碳纤维加强环氧树脂的高效降解和轮回操纵。

定向解聚法“拆解”份子链

2019年最先,侯相林团队成员邓天昇、武少弟等从十余种催化剂中遴选出机能最优的催化剂,全新的催化系统在10kg级此外高压反映釜持续运行跨越300小时,获得了实验要害数据。碳纤维加强环氧树脂的长处多、品质好,可是当收受接管这些材料时,长处全数酿成了“绊脚石”。侯相林研究团队采取定向解聚法(化学解聚法)处置复合材料,经由过程特定的溶剂和催化剂系统,国内初创了在较暖和的前提下将高份子在特定的键位“拆解”开,构成长链热塑高份子或树脂合成单体。这一法子也是学术界被遍及认可的实现轮回经济的好方式。

收受接管高价值碳纤维最主要的一步是对碳纤维加强复合材猜中的聚合物组分进行降解或消融,收受接管未受损的碳纤维。与现今主流工艺比拟,此项工艺不但具有对原料综合开辟的优势,改良了环氧树脂烧毁物难以操纵的近况;并且具有出产进程科学环保,产品提取效力高,所得产物质量优的长处。假如此项工艺可以或许年夜范围获得利用,这不单会给相干固废收受接管企业带来庞大的经济效益,并且能进一步助力国度完成“碳达峰、碳中和”的计谋方针。

收受接管的树脂产品可制成环氧沥青,进一步处置可以获得双酚A等,每吨市场售价数千元甚至上万元,高价值化学品使得收受接管手艺“含金量实足”,预期经济效益十分可不雅。今朝,全国绝年夜大都研究机构都未能将热固性树脂的化学降解实现财产化,研究功效多处在尝试室状况。“我们在尝试室阶段获得了一部门成就,此刻正在预备进行中试放年夜,数据指标看,环氧树脂降解率年夜在99%,收受接管率年夜在95%,碳纤维收受接管率年夜在96%,纤维强度损掉小在5%,收受接管的碳纤维单丝强度指标、模量与原丝相差无几,废料直接变回原料。”侯相林研究员暗示。从烧毁PET到纤维加强环氧树脂,从纤维加强不饱和树脂到乙烯基树脂,从聚氨酯材料到密胺树脂,以热固性树脂为首要收受接管对象的环保手艺,在侯相林团队的系列手艺加持下,已可以经由过程化学收受接管制备10余种高价值化学品。侯相林暗示,颠末10多年的专注科研,我们有决定信念与企业合作扩年夜出产范围,早日“变废为宝”,提掏出更多有价值的化学品,缔造更年夜的环保效益和经济效益。

封面图来历图虫创意

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