植物基环氧树脂可实现可回收碳纤维，提高大众市场电动汽车的经济性

碳纤维强度是钢的10倍，重量几乎是铝的一半，硬度远高于玻璃纤维，具有众多优势，使其成为豪华轿车和一级方程式赛车的首选材料。 

由于生物基材料设计的最新进展，以工业规模回收碳纤维可能已经近在咫尺。

美国国家可再生能源实验室（NREL）的科学家尼古拉斯-罗勒（Nicholas Rorrer）和其他NREL研究人员表明，用生物基环氧树脂和酸酐硬化剂制造碳纤维复合材料，通过引入更容易降解的基团，使材料可以完全回收。事实上，回收过程--甲醇分解--可以在室温下有选择性被触发，而不会降低纤维的质量或方向。这可能代表着向循环材料迈出了有力的一步，这可以使碳纤维在多次使用时更便宜和更环保。

近距离观察碳纤维

碳纤维既坚固又轻便，它的优势来自于分层设计。它是一种由纯碳长丝和被称为 "热固性 "的胶状环氧树脂涂层组成的复合材料。当固化时，液体树脂中的分子相互结合，并围绕着编织的碳丝，硬化成一个强大而坚硬的晶格体。

当用模具生产时，这种材料可以采取一系列的形状，用于各种应用，从汽车保险杠到风力涡轮机叶片等等。

然而，固化的环氧树脂的热固性使得这些卓越的产品很难被分解，特别是在不严重破坏碳丝的情况下。由碳纤维制成的产品--尽管它们的价格很高--往往在其寿命结束时被送往垃圾场，连同它们可能已经赢得的任何效率优势。

事实上，尽管碳纤维可以将一辆典型的乘用车的重量减少一半，并将其燃料效率提高35%，但任何效率方面的好处实际上都被用于制造碳纤维的温室气体密集型能源所抵消。合成碳纤维需要超过1,000°C的温度。

这一现实让Rorrer开始思考。"是否有一种方法可以在多个材料寿命期间重复使用碳纤维，以回收该纤维并获得更多的价值和环境效益？"

通过设计使环氧树脂可回收

Rorrer和队友开始试验生物质化学成分，以了解它是否能使一种新的环氧树脂设计成可回收。与石油中的碳氢化合物相比，生物质含有更多的氧气和氮气，提供了一系列不同的化学可能性。

"我们基本上重新设计了环氧胺树脂--今天碳纤维中的热固性树脂--用从生物质中合成的环氧和酸酐，主要是从糖类的生物和化学转化中得到，"Rorrer解释说。"我们已经证明，这种重新配制的树脂可以保持和/或超过今天的环氧胺树脂中的所有相同特性，但也可以通过设计使它们在室温下可回收"。

使用一种特殊的催化剂，NREL团队能够在室温下分解生物基树脂，这一过程被称为 "解聚"。这使他们能够回收碳丝，同时保持其质量和排列。

"Rorrer说："我们实际上可以在至少三个材料寿命内保持纤维质量。"因此，我们不仅能够回收它；我们还能够在不损害特性的情况下回收它。我们根本就没有降低材料的回收率"。

能够提取和回收碳纤维可以使大众市场的电动汽车的材料更加经济，为电池释放出重量和空间。它还可以将材料的温室气体足迹降低20%-40%。更好的是，它可以在不增加制造成本的情况下实现这一切，Rorrer估计NREL的环氧树脂可以以与今天的石油基环氧胺树脂大致相同的价格生产。

Rorrer继续补充："通过使用生物基原料而不是石化原料，我们不需要使用额外的能源来大幅调整其化学成分。"这使我们能够更精确、更便宜、更有效地设计具有性能和环境优势的先进材料。

本文由中国复合材料工业协会编译，文章不用于商业目的，仅供行业人士交流。转载请注明来自中国复合材料工业协会。