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NREL通过热成型工艺回收碳纤维复合材料 更加环保

盖世汽车 Elisha 2024-03-01 10:15:00
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盖世汽车讯 美国国家可再生能源实验室(NREL)的研究团队致力于用可回收碳纤维复合材料来代替车辆中的重型和资源密集型钢制部件。据外媒报道,该团队在利用生物衍生环氧树脂开发可回收碳纤维复合材料的研究中取得了新的进展,从而为汽车制造等领域提供富有前景的脱碳解决方案。

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(图片来源:美国国家可再生能源实验室)

当碳纤维复合材料代替钢材用于发动机罩和车顶等车辆部件时,可以将普通乘用车的重量减轻一半,从而在不牺牲强度的情况下将燃油效率提高达35%。这种优化可以为电动汽车电池释放更大的重量和空间,从而延长续航里程和提高能源效率。但是,传统碳纤维复合材料成本太高、太易碎、温室气体排放量高。因此,向使用成本更低、更坚固、更环保的碳纤维复合材料的轻型车辆过渡,可能是交通运输行业脱碳的重要组成部分。

事实上,利用NREL的聚合物科学和工程生物衍生树脂,所制成的碳纤维复合材料至少可以回收三次。NREL团队最近取得的一项突破可能有助于重复使用这些材料,使其更具成本和能源效率。

研究人员表示,这项技术最终可以使消费者负担得起碳纤维汽车。这意味着汽车将拥有有更优异的燃油里程或更长的续航里程。使用碳纤维复合材料有助于节省加油或充电费用,并减少环境中的二氧化碳。

更高效的回收流程

NREL的可回收碳纤维复合材料由生物衍生环氧树脂、酸酐固化剂和碳纤维组成。该团队最初通过甲醇分解多步骤工艺来证明该材料的可回收性。在甲醇分解过程中,通过在室温下添加低成本催化剂以引发化学解聚,从而导致组分分离。然后,研究人员可以利用新生物衍生环氧树脂和酸酐固化剂,以回收原始碳丝进行再利用。

然而,该团队负责人Nicholas Rorrer表示,通过热成型,可以跳过在甲醇分解中分离材料成分的所有过程。“研究人员已经证明,只需将材料压成不同的形状即可重复使用。当同时使用化学解聚和热成型时,与第一次使用的材料相比,可以将二次使用材料的成本和温室气体排放量降低90-95%。”

NREL团队的热成型工艺可以使材料保持完整,从而节省时间和能源。在热成型过程中,研究人员将可回收的碳纤维增强复合材料加热至略高于水沸点,并将其压在两个模具之间使材料成型以供下次使用。但是,该工艺仍然有待改善,该团队将不断探索以实现更轻松、更快、更节能的热成型。

该团队将继续开发可回收碳纤维复合材料,以作为成本效益高、重量轻、环保的钢替代品应用于汽车等。在接下来的阶段,研究人员将寻找可以减少环境影响并提高材料首次使用寿命性能的方法,以开发汽车制造商能够广泛使用的技术。

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