英国创新局资助进一步开展玻璃纤维回收研究

据复合材料世界网站9月6日报道,由英国B&M Longworth公司牵头的团队——其中包括福特汽车公司、海斯坦普公司、Gen2Plank公司、EMS-Grivory公司，以及学术界合作伙伴焊接研究所（TWI）和伦敦布鲁内尔大学的学术合作伙伴（BUL），参与了由英国创新局部分资助的EMPHASING项目，该项目旨在研究玻璃纤维的真正升级回收，以提供具有高潜力、能够真正实现二次利用的可靠材料。

该研究团队重点关注风力叶片开发中使用的不可生物降解的玻璃纤维，并一致认为玻璃纤维在集中回收已知且商业上可行的材料（木材、铝、碳纤维）的过程中被忽视了。但一个重要的现实是，通过传统原料生产玻璃的成本相对便宜——每千克大约2欧元。因此，玻璃纤维的二次利用目前不受重视，且没有成功商业的案例。

英国创新局投资这一项目的目标是开发一种力学性能优于原生玻璃纤维但价格低于碳纤维的材料，提供一种可行的、商业上可接受的材料，从而弥补玻璃纤维与碳纤维之间的差距。

每个风力叶片将被切割成商业上可接受的二次使用尺寸，并经过B&M Longworth公司开发并在全球范围内获得专利的“压解”（DEECOM）工艺处理。该工艺此前曾应用于“创新英国”中的底盘项目，已被证明可以将所有材料恢复到与原始形式相同的标准——不仅仅是复合材料中的纤维，还包括其他金属等。该过程使用经过压缩的过热蒸汽，伴随不断的加压和减压的循环过程，去除树脂基体，从而将纤维剥离树脂。与溶剂分解或热解不同，加压分解不会以任何方式与纤维发生相互作用，从而能够留下完整原生版的纤维。在此过程中树脂也可以继续回收，但不是该项目的主题，尽管正在通过单独的研发项目对其进行探索。

重要的是，从纤维上剥离树脂也会去除其浆料，这使得纤维能够作为二次加工进行升级改造，并允许稍后根据需要调整浆料。

为了提高纤维的力学性能，所使用的上浆剂将是石墨烯。该项目将确定石墨烯尺寸对玻璃纤维力学性能的影响以及该材料取得商业用途的成本测算。研究团队相信，经过回收后升级的玻璃纤维，其力学性能将介于传统玻璃纤维和碳纤维之间，而价格则更接近于原生玻璃纤维。

石墨烯因其多功能性和对高档玻璃纤维的适用性而被选为该项目的上浆剂材料。单体石墨烯被认为是一种制造起来非常昂贵的材料。但是，与材料的基体相比，所需石墨烯体积分数约为0.5%，因此回收玻璃纤维的成本并不高。

生产石墨烯的方法有很多，包括化学气相沉积、闪蒸焦耳加热、激光诱导石墨烯等等。虽然生产方法对于本研究项目的目的并不重要，但所进行的工作任务将包括完整的生命周期分析（LCA），因此特别考虑闪蒸焦耳加热方法。“闪光石墨烯”是通过电脉冲将任何碳元素加热至3000℉（约1648℃）生成的。所有非碳元素都被“升华”出来，留下石墨烯作为其中唯一留下的材料。该过程使石墨烯处于非堆叠状态，便于分散。

除了确定石墨烯上浆的玻璃纤维的材料性能外，研究团队还将制造悬架组件，并将该组件与基于金属制造的相同结构进行对比，以进一步评估升级回收玻璃纤维对结构部件的适用性，同时与CAE预测相关联。

该项目的最后一个关键点是开展材料生产和制造阶段的生命周期分析，同时评估其使用阶段部件减重效果。材料生产阶段的分析数据将包括压解过程中的CO2输出，以确保评估全过程的碳排放量。

EMPHASING项目将于2024年10月完成，研究团队希望使用升级玻璃纤维的商业案例能够被世人了解和熟知。