短碳纖維無黏著劑3D成型技術,促進CFRP回收材料高值化

 

刊登日期:2026/3/13
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日本龍谷大学與岡山大学共同開發出一項3D成型技術,只須將短碳素纖維(Short Carbon Fiber; SCF)噴射沉積,即可高速製作出高機械強度的立體結構體,且完全無須使用黏著劑,為世界首度解明透過纖維間的摩擦纏結建立3D結構的機制。此項技術可將回收現場大量產生、成本低廉的短碳纖維再生為高附加價值材料,對於推動資源循環利用與建構循環型社會具有高度產業與社會價值。
 
此次開發的「纖維氣溶膠沉積法(Fiber Aerosol Deposition; FAD)」是將長度小於0.2 mm的短碳纖維與氮氣一同噴射至基材表面,在無任何黏著劑條件下形成具高機械強度的3D結構體。成形速度可達每秒0.3 mm,相較既有3D列印與積層製造技術,效率顯著提升。
 
有別於既有氣溶膠沉積法(Aerosol Deposition; AD)仰賴粒子高速撞擊造成的「衝擊固化」成形,FAD技術的結構形成機制係由長纖維(≥0.1 mm)垂直刺入並形成籠狀骨架結構,而短纖維高密度填充骨架間隙,透過纖維間摩擦、纏結與機械性固定化,形成緻密且高強度的自支撐立體結構體。此機制促使結構在無樹脂、無黏著劑狀態下仍可保持高強度與高結構穩定性。
 
研究團隊已實證確認利用此技術製作的結構體可作為水質淨化濾材發揮實際功能。此外,新技術具有高度材料適應性,未來可延伸應用於金屬纖維、植物來源天然纖維、生物分子纖維材料(如去氧核糖核酸(DNA))等各類纖維狀材料,廣泛適用於能源、環境、生醫、機能材料等領域。
 
在碳纖維強化塑膠(CFRP)回收流程中產生的大量SCF,原本即具有優異的機械特性、導電性及結構強度,理論上可廣泛應用於電極材料、功能性結構體、導電元件等領域。然而,既有成形技術普遍存在僅適用於長纖維、必須使用黏著劑導致導電性劣化、結構強度與材料性能受限等課題。FAD技術可望突破上述限制,使短碳纖維可直接轉換為高強度、高導電性、高結構穩定性的3D材料系統,為CFRP回收材料高值化利用開拓新局。
 

資料來源: https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00773185
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