Karbon Fiber Kompozit Geri Dönüşüm Teknolojisi: Malzeme Geri Dönüşümünde Yeni Bir Çağa Öncülük Ediyoruz

Karbon fiber kompozitler (CFRP), korozyon direnci, yorulma direnci, yüksek spesifik mukavemet ve spesifik modül ve iyi tasarlanabilirlik gibi mükemmel özelliklerinden dolayı havacılık, otomotiv ve rüzgar enerjisi endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, büyük miktarda ısıyla sertleşen karbon fiber kompozit malzeme atığı yalnızca endüstriyel araziyi işgal etmekle kalmıyor, aynı zamanda çevreyi de kirletiyor; bu nedenle geri dönüşüm teknolojisi yurtiçinde ve yurtdışında bir araştırma merkezi haline geldi.

 

1.Karbon fiber kompozit malzeme geri dönüşüm teknolojisi

Karbon fiber kompozitler (CFRP), korozyon direnci, yorulma direnci, yüksek spesifik mukavemet ve spesifik modül ve iyi tasarlanabilirlik gibi mükemmel özelliklerinden dolayı havacılık, otomotiv ve rüzgar enerjisi endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, büyük miktarda ısıyla sertleşen karbon fiber kompozit malzeme atığı yalnızca endüstriyel araziyi işgal etmekle kalmıyor, aynı zamanda çevreyi de kirletiyor; bu nedenle geri dönüşüm teknolojisi yurtiçinde ve yurtdışında bir araştırma merkezi haline geldi.

 

CFRP'nin geri kazanım teknolojisi esas olarak mekanik geri kazanım, piroliz geri kazanımı, kimyasal geri kazanım ve diğer bazı geri kazanım yöntemlerine bölünmüştür. CFRP geri dönüşüm teknolojisinin gelişimi, avantajları ve dezavantajları Şekil 1'de gösterilmektedir.

2.CF Yeni ıslah politikası

CFRP atıklarının yanı sıra bir diğer yaygın atık türü de üretim aşamasında üretilen kuru elyaflardır. Bu atık elyaflar çoğunlukla hurdalardan, bobin uçlarından ve kısmi dağıtım kenarlarından gelir. Kuru liflerin toplam CF atıklarının yaklaşık %40'ını oluşturduğu tahmin edilmektedir. Henüz herhangi bir polimer matrisine gömülmedikleri için kuru fiberler, vCF ile aynı özellikleri sergiler. Bu büyük miktardaki değerli atığın üretimi göz önüne alındığında, araştırmacılar, CF'nin ipliğe dönüştürülmesi, dokunmamış kumaş üretimi ve geri dönüştürülmüş CF ve doğal CF karışımının kullanılarak, bunlarla sınırlı olmamak üzere, yeni geri dönüşüm stratejileri geliştirmek için aktif olarak çalışıyorlar. -kıvrımlı-prepreg kumaşlar.

 

1) rCF bazlı karışımlı iplik

Belirli çerçeve koşulları altında malzeme 280 derece C'ye ısıtıldı ve gerekli kompozit malzemeyi başarılı bir şekilde hazırlamak için 30 dakika bekletildi. Çalışmalar, karıştırma prosesindeki hava karıştırma adımının, şerit ve ipliğin homojenliğini etkili bir şekilde iyileştirdiğini göstermiştir. Bununla birlikte, bu karıştırma işlemi aynı zamanda iplikteki CF'nin toplam uzunluğunun azalması nedeniyle karbon fiberde (CF) daha önemli hasara neden olur. İpliğin mekanik özelliklerinin derinlemesine analizi, hava karışımı olmayan ipliklerin, esas olarak kırılan liflerin sayısındaki azalma ve hazırlık sırasında genel lif uzunluğunun korunması nedeniyle daha yüksek tokluk gösterdiğini ortaya çıkardı. Daha ileri araştırmalar, elyafın başlangıç ​​uzunluğunun, iplik yapısında işlendikten sonra elyafın nihai uzunluğu ile doğrudan ilişkili olması nedeniyle, ipliğin özellikleri üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Spesifik olarak, 80 mm CF ile hazırlanan iplikler en uzun ortalama elyaf uzunluğuna sahiptir ve onlara üstün dayanıklılık kazandırır. Benzer şekilde, 80 mm CF ve PA6'dan yapılan tek yönlü (UD) kompozit, 800 mpa'ya kadar çekme mukavemetine sahiptir; bu, hazır iplikler sınıfında en iyi performanstır.

 

Hengstermann ve ark. başlangıçtaki elyaf uzunluğu ve karışım oranının taraklama sonrası ipliğin özellikleri ve karakteristikleri üzerindeki etkilerini derinlemesine araştırdı. Tarak makinesinin, tarama silindirleri arasındaki mesafe ve iğne boyutu gibi parametrelerini ayarlayarak, CF ve PA6 elyaflarını 40 mm ve 60 mm olmak üzere iki uzunlukta, %30, %50 ve 70 hacim oranlarına göre manuel olarak karıştırdılar. %. Taraklamanın ardından CF/PA6 elyaf ağı, nihai olarak karışık bir iplik üretmek üzere uçan bir türbinle birleştirilip döndürülmesi gibi bir işleme tabi tutulur. İşleme sürecinde, CF'ye olası hasarı azaltmak için besleme hızı, çekim oranı, silindir malzemesi ve büküm sayısı gibi çekim ve eğirme parametrelerinin ince ayarlanması da gereklidir. Sonuçlar, hem başlangıçtaki elyaf uzunluğunun hem de CF içeriğinin, tarama ağı, şerit ve ipliğin son özellikleri üzerinde önemli etkilere sahip olduğunu göstermektedir. Daha uzun CF ile yapılan iplikler, 40 mm CF ile yapılan ipliklere göre daha iyi hizalama, daha düşük tüylülük, daha yüksek tokluk ve daha düşük uzama sergiler.

 

Bunun temel nedeni, uzun liflerin tarama sırasında daha kolay hizalanması ve hasar ve kaybın derecesinin daha düşük olmasıdır. Ayrıca iplikte daha uzun CF varlığı ve PA6 hacmindeki artış, elyaflar arasındaki yapışmayı arttırır ve şerit eğirme kalitesini artırır. Ayrıca CF'nin iplikteki yöneliminin, CF'nin uzunluğunun ve iplik bükümünün UD kompozitinin son çekme mukavemeti üzerinde olumlu etkileri olduğu bulunmuştur. Genel olarak elyaf uzunluğu ve iplik bükümü, esas olarak kompozitin nihai CF içeriği ve uzunluğu üzerindeki etkilerinin yanı sıra sıcak presleme sırasında polimer nüfuzunun düzenlenmesi nedeniyle, geliştirilen kompozitin genel mukavemeti ile ters bir ilişki göstermektedir.

Şekil 2: rCF/PA6 karışımını hazırlamak için tarama işlemi

 

Eğirme sırasında karbon fiberin (CF) daha fazla hasar görmesini azaltmak için Xiao ve ark. Doğrudan Mozaik işlemine uygulanabilecek mandallı ağ karbon fiber takviyeli termoplastik (CWT) levhanın geliştirildiğini bildiriyorlar. Strateji, 60 mm uzunluğundaki CF atıklarının, çekirdek-kabuk yapısına sahip bir poliamid (PA) fiberle karıştırılmasını içerir; burada kabuk, bir poliamid 6 (PA6) -polietilen (erime noktası 136 derece C) kopolimerden oluşur ve çekirdek malzemesi, poliamid 66 (PA66). Karıştırma işleminde, CF ve PA elyaflarının karışımı %20, %30 ve %40 CF hacim oranıyla oranlanır ve daha sonra bir penye ağı oluşturmak üzere taranır. 110 derece C'de tarama ağı, çekme ve perdahlama işlemleriyle stabilize edilir; bu sırada matris PA elyafının dış katmanı, elyaf örgüsünde belirli bir yapışkan yapı oluşturmak üzere eritilir ve son olarak CWT tabakası üretilir. Özellikle, germe işlemi (%30-60) CW-T sayfasındaki kısa fiber CF'nin daha iyi hizalanmasında önemli bir rol oynadı. Geliştirilen sac, 280 derece ve 5-9 MPa basınç şartlarında, sıkıştırmalı şekillendirme yöntemi ile panel şekillendirmede kullanılmaktadır. Sıkıştırılmış tabakanın çekme modülü 45,6 GPa kadar yüksektir. CWT'deki CF içeriğinin artması, çekme mukavemetini ve modül seviyesini iyileştirir ve çekme oranının artması, aynı zamanda ana boyuna malzemenin çekme mukavemetinin de iyileştirilmesine yardımcı olur.

2) RCF bazlı dokunmamış kumaşlar ve prepregler

Atık karbon elyafını geri dönüştürmenin bir başka etkili yolu da, bunu dokunmamış kumaş ağlarının üretimine uygulamaktır; bu, atık karbon elyafının yüksek katma değerli ürünlerde geri dönüştürülmesinde büyük bir potansiyel olduğunu gösterir. Birleşik Krallık'taki EGL Carbon Fiber, otomotiv endüstrisindeki geniş bir uygulama yelpazesi için yıllık 250 ton kapasiteli rCF dokunmamış keçe üretimini başarıyla sanayileştirdi ve optimize etti.

 

 

3.Sonuç ve Geleceğe Bakış

Bu yazıda, karbon fiber takviyeli kompozitin (CFRC) geri dönüşüm yöntemleri gözden geçirilmekte ve kuru üretim sırasında oluşan karbon fiber atıklarının arıtma stratejileri derinlemesine tartışılmaktadır. Bu temelde piroliz ve işleme teknolojisi, endüstriyel uygulama potansiyeli nedeniyle büyük ilgi görmüştür. Bununla birlikte, mevcut araştırmalar hala geri dönüştürülmüş elyafların performansını artırmaya kararlıdır ve orijinal karbon elyafına sonsuz derecede yakın olabilecek özelliklere sahip olmaya çalışmaktadır.

 

Gelecekteki araştırmalar aşağıdaki hususlara odaklanmalıdır: İlk olarak, kompozit malzemeler üretmek için geri dönüştürülmüş elyaf kullanmanın yeni bir yöntemini keşfedin; İkincisi, fiber ve matris arasındaki arayüz etkileşimini optimize etmektir. Üçüncüsü ise geri dönüşüm sürecini sürekli iyileştirmektir. Ayrıca, hammadde olarak geri dönüştürülmüş elyaf içeren dokunmamış kumaşlar ve iplikler gibi katma değerli ürünlerin geliştirilmesi de gelecekte önemli bir yöndür. Kuru karbon elyaf atıklarının işlenmesi için, karışımlı ipliklerin ve dokunmamış kumaşların geliştirilmesi iyi bir gelecek vaat ediyor, ancak ürünlerin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi hâlâ büyük bir zorluk.

 

Özetle, karbon fiber bazlı ürünlerin geri dönüştürülmesi alanı hızlı bir gelişme aşamasındadır ve yüksek teknolojili fiber döngüsel ekonomi yaklaşımının oluşturulmasında önemli bir rol oynayacaktır. Bu nedenle gelecekte elyaf kalitesini iyileştirmek ve geri dönüşüm sürecinin olumsuz çevresel etkilerini azaltmak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.

 

E-posta

Amy2289@jiutaimould.com

Telefon/Whatsapp

+8613506862289

Faks

+86-576-84217327

Adres

No.23, Huiming yolu, Kuzey Sanayi Bölgesi, Huangyan, Taizhou, Zhejiang, Çin