Tecnologia de reciclatge de compostos de fibra de carboni: liderant una nova era de reciclatge de materials
Nov 05, 2024
Els compostos de fibra de carboni (CFRP) s'han utilitzat àmpliament a les indústries aeroespacial, automotriu i eòlica a causa de les seves excel·lents propietats, com ara resistència a la corrosió, resistència a la fatiga, alta resistència específica i mòdul específic, i bona capacitat de disseny. No obstant això, una gran quantitat de residus de materials compostos de fibra de carboni termoestables no només ocupa el terreny industrial, sinó que també pol·len el medi ambient, de manera que la seva tecnologia de reciclatge s'ha convertit en un punt d'investigació a casa i a l'estranger.
1. Tecnologia de reciclatge de materials compostos de fibra de carboni
Els compostos de fibra de carboni (CFRP) s'han utilitzat àmpliament a les indústries aeroespacial, automotriu i eòlica a causa de les seves excel·lents propietats, com ara resistència a la corrosió, resistència a la fatiga, alta resistència específica i mòdul específic, i bona capacitat de disseny. No obstant això, una gran quantitat de residus de materials compostos de fibra de carboni termoestables no només ocupa el terreny industrial, sinó que també pol·len el medi ambient, de manera que la seva tecnologia de reciclatge s'ha convertit en un punt d'investigació a casa i a l'estranger.
La tecnologia de recuperació de CFRP es divideix principalment en recuperació mecànica, recuperació per piròlisi, recuperació química i alguns altres tipus de mètodes de recuperació. El desenvolupament i els avantatges i desavantatges de la tecnologia de reciclatge de CFRP es mostren a la figura 1.
2.CF Nova política de recuperació
A més dels residus de CFRP, un altre tipus comú de residus són les fibres seques produïdes en l'etapa de fabricació. Aquestes fibres residuals provenen principalment de restes, extrems de bobina i vores de distribució parcial. Es calcula que les fibres seques representen al voltant del 40% del total de residus CF. Com que encara no estan incrustades en cap matriu de polímer, les fibres seques presenten les mateixes propietats que vCF. Atesa la producció d'aquesta gran quantitat de residus valuosos, els investigadors estan treballant activament per desenvolupar noves estratègies de reciclatge, que inclouen, entre d'altres, la filatura de CF en fil, la fabricació de teixits no teixits i l'ús d'una barreja de CF reciclada i CF nativa per produir no - teixits preimpregnats.
1) Fil mixt basat en rCF
En condicions de marc específiques, el material es va escalfar a 280 graus C i es va mantenir durant 30 minuts per preparar amb èxit el material compost requerit. Els estudis han demostrat que l'etapa de mescla d'aire en el procés de mescla millora eficaçment la uniformitat de l'estella i el fil. Tanmateix, aquest procés de mescla també causa danys més importants a la fibra de carboni (CF), ja que es redueix la longitud total de CF al fil. Una anàlisi en profunditat de les propietats mecàniques del fil va revelar que els fils sense barreja d'aire mostraven una major duresa, principalment a causa de la reducció del nombre de fibres trencades i la preservació de la longitud total de la fibra durant la preparació. Investigacions posteriors mostren que la longitud inicial de la fibra té un efecte advers sobre les propietats del fil, ja que està directament relacionada amb la longitud final de la fibra després del processament a l'estructura del fil. Concretament, els fils preparats amb CF de 80 mm presenten la longitud mitjana de fibra més llarga, donant-los una duresa superior. De la mateixa manera, el compost unidireccional (UD) de 80 mm CF i PA6 té una resistència a la tracció de fins a 800 mpa, que és el millor rendiment de la classe de fils preparats.
Hengstermann et al. va investigar profundament els efectes de la longitud inicial de la fibra i la relació de mescla sobre les propietats i característiques del fil després del cardat. Ajustant els paràmetres de la màquina de cardar, inclosa la distància entre els rodets de cardar i la mida de l'agulla, van barrejar manualment fibres CF i PA6 en dues longituds de 40 mm i 60 mm segons la relació de volum del 30%, 50% i 70. %. Després del cardat, la malla de fibra CF/PA6 es sotmet a un procés com ara combinar i filar amb una turbina voladora per produir finalment un fil mixt. En el procés de processament, també cal ajustar amb precisió els paràmetres de dibuix i filat, com ara la velocitat d'alimentació, la relació de tiratge, el material del rodet i el nombre de gir, per reduir el possible dany a CF. Els resultats mostren que tant la longitud inicial de la fibra com el contingut de CF tenen efectes significatius sobre les característiques finals de la xarxa de cardar, la cinta i el fil. Els fils fets amb CF més llarg presenten una millor alineació, menor pilositat, major duresa i menor allargament que els fils fets amb CF de 40 mm.
Això es deu principalment al fet que les fibres més llargues s'alineen més fàcilment durant el cardat i el grau de dany i pèrdua és menor. A més, la presència de CF més llarg al fil i l'augment del volum de PA6 afavoreixen la cohesió entre les fibres i milloren la qualitat de la filatura d'estella. També es troba que l'orientació de CF al fil, la longitud de CF i la torsió del fil tenen efectes positius sobre la resistència final a la tracció del compost UD. En general, la longitud de la fibra i la torsió del fil mostren una relació inversa amb la resistència global del compost desenvolupat, principalment per la seva influència en el contingut final de CF i la longitud del compost, així com la regulació de la penetració del polímer durant el premsat en calent.
Figura 2: Procés de cardat per preparar la barreja rCF/PA6
Per reduir més danys a la fibra de carboni (CF) durant el filat, Xiao et al. informen del desenvolupament d'una làmina termoplàstica reforçada amb fibra de carboni (CWT) de malla tancada que es pot aplicar directament al procés Mosaic. L'estratègia consisteix a barrejar els residus CF de 60 mm de longitud amb una fibra de poliamida (PA) amb una estructura de nucli i closca, on la carcassa consta d'un copolímer de poliamida 6 (PA6) -polietilè (punt de fusió 136 graus C) i el material del nucli és poliamida 66 (PA66). En el procés de mescla, la barreja de fibres CF i PA es proporciona amb la fracció de volum CF del 20%, 30% i 40%, i després es pentina per formar una xarxa de pentinat. A 110 graus C, la malla de cardat s'estabilitza mitjançant processos de dibuix i calandrat, durant els quals la capa exterior de la fibra de la matriu PA es fon per formar una certa estructura adhesiva a la malla de fibra i, finalment, es produeix la làmina CWT. En particular, el procés d'estirament (30-60%) va tenir un paper clau en una millor alineació de la fibra curta CF a la làmina CW-T. En condicions de pressió de 280 graus i 5-9 MPa, la làmina desenvolupada s'utilitza per a la formació de panells mitjançant el mètode de conformació per compressió. El mòdul de tracció de la làmina comprimida és de fins a 45,6 GPa. L'augment del contingut de CF a CWT millora la resistència a la tracció i el nivell de mòdul, i l'augment de la relació de tracció també ajuda a millorar la resistència a la tracció del longitudinal principal.
2) No teixits i preimpregnats basats en RCF
Una altra manera eficaç de reciclar la fibra de carboni residual és aplicar-la a la producció de xarxes de teixit no teixit, la qual cosa mostra el gran potencial per reciclar la fibra de carboni residual en productes d'alt valor afegit. EGL Carbon Fiber al Regne Unit ha industrialitzat i optimitzat amb èxit la producció de feltre no teixit rCF amb una capacitat anual de 250 tones per a una àmplia gamma d'aplicacions a la indústria de l'automòbil.
3.Conclusió i perspectives de futur
En aquest article, es revisen els mètodes de reciclatge del compost reforçat amb fibra de carboni (CFRC) i es discuteixen en profunditat les estratègies de tractament dels residus de fibra de carboni generats durant la fabricació en sec. Sobre aquesta base, la tecnologia de piròlisi i mecanitzat ha cridat molta atenció a causa del seu potencial d'aplicació industrial. No obstant això, la investigació actual encara està compromesa amb la millora del rendiment de les fibres reciclades i s'esforcen per tenir propietats que puguin ser infinitament properes a la fibra de carboni original.
La investigació futura s'hauria de centrar en els aspectes següents: En primer lloc, explorar un nou mètode per utilitzar fibra reciclada per produir materials compostos; El segon és optimitzar la interacció de la interfície entre fibra i matriu. El tercer és millorar contínuament el procés de reciclatge. A més, el desenvolupament de productes de valor afegit com ara teixits no teixits i fils amb fibres reciclades com a matèries primeres també és una direcció clau en el futur. Per al tractament de residus secs de fibra de carboni, el desenvolupament de fils combinats i teixits no teixits mostra bones perspectives, però la millora de les propietats mecàniques dels productes segueix sent un repte important.
En resum, el camp del reciclatge de productes basats en fibra de carboni es troba en una fase de ràpid desenvolupament i tindrà un paper clau en la promoció de l'establiment d'un enfocament d'economia circular de fibra d'alta tecnologia. Per tant, es necessita més investigació en el futur per millorar la qualitat de la fibra i reduir l'impacte ambiental negatiu del procés de reciclatge
Correu electrònic
Amy2289@jiutaimould.com
Telèfon/Whatsapp
+8613506862289
Fax
+86-576-84217327
Adreça
No.23, carretera de Huiming, zona industrial del nord, Huangyan, Taizhou, Zhejiang, Xina