图片|Fraunhofer EMI–用于缠绕复合材料环的局部高功率激光诱导热解的实验装置，同时回收无基体碳纤维粗纱。在此过程中，热解发生在红色激光点指示的位置。
来自弗劳恩霍夫高速动力学研究所、恩斯特·马赫研究所（EMI）的研究人员开发了一种技术，可以从复合材料中回收连续碳纤维——而不降低材料质量。高功率激光被用来在高温下局部降解多层纤维增强塑料的基体。这种方法不仅具有生态效益，还具有相当大的经济潜力。
来源|JEC
碳纤维复合材料具有异常的强度和轻量性，使其成为许多行业首选的材料。但是这些高性能材料的处理和回收却带来了巨大的挑战。Fraunhofer EMI的研究团队现在已经开发了一种过程，可以有效地准备来自使用过的复合材料的纤维以供再利用——而不对其机械性能产生不利影响。目前用于纤维增强塑料的回收方法包括一个切碎步骤，这会缩短纤维并导致降级循环利用。
材料科学速成课程：热固性复合材料与热塑性复合材料
碳纤维复合材料由嵌入聚合物中的纤维纱线组成。这使得将纤维结合在一起、保持部件的几何形状以及保护纤维免受环境影响成为可能。纤维可以嵌入两种塑料中:
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热固性复合材料由不能熔化的基质组成，这意味着它们不能再加工，它们的行为就像一种粘合剂，固化后形成持久的结合；
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相比之下，热塑性复合材料可以被熔化和再加工。然而，热固性塑料更容易加工，因此在工业结构应用中使用更频繁。
伤口结构的基于剥离的回收
Fraunhofer EMI的研究人员使用高功率激光从热固性复合材料中控制回收纤维增强材料。这种方法尤其适用于加压氢气罐，在这种情况下，连续碳纤维粗纱缠绕在塑料衬里上，使罐能够承受高达700巴的内部工作压力。
这种创新的回收方法的优势在于能够通过局部热解去除碳纤维周围的热固性基质，而纤维本身几乎不受损坏。"这一过程的特别之处在于，我们以合理的速度同时进行基质的热解和纤维粗纱的退绕，而不会损坏碳纤维项目经理Mathieu Imbert解释道。
挑战在于定义最佳工艺窗口，因为基质热降解发生在300至600摄氏度的温度，而当温度达到约600摄氏度时，纤维可能开始受损。"我们在工艺效率和回收材料的质量之间找到了一个很好的折中方案。我们的结果表明，以这种方式回收的连续纤维具有与新纤维相同的优异性能，这使得这种方法极具吸引力”，安伯特说。
实验装置用于缠绕复合材料环的局部高功率激光诱导热解，同时回收无基体碳纤维粗纱。在此过程中，热解发生在红色激光点指示的位置(来源:Fraunhofer EMI)
集经济和生态优势于一体
这种创新方法不仅带来了生态效益，还为回收公司带来了可观的经济潜力。因为热量是局部施加的，同时纤维粗纱被连续回收，所以不需要使用厚壁氢气罐时通常需要的长热解时间和高加工成本。此外，激光辅助回收过程只需要生产新纤维所需能量的五分之一。在当前能源成本上升和环境要求提高的背景下，这些都是关键优势。该项目预计将持续到2025年底。这是由德国联邦经济事务和气候行动部(BMWK)资助的DigiTain项目的一部分。研究人员目前正在努力使这一过程更加节能，并进一步提高回收纤维的质量。研究小组将回收材料的高质量和低加工成本之间极其积极的联系视为他们将新方法转移到回收行业的计划中的关键论点。