Технологија рециклирања композита од угљеничних влакана: Водећи нову еру рециклирања материјала
Nov 05, 2024
Композити од угљеничних влакана (ЦФРП) су нашироко коришћени у ваздухопловству, аутомобилској индустрији и индустрији енергије ветра због својих одличних својстава, као што су отпорност на корозију, отпорност на замор, висока специфична чврстоћа и специфични модул, и добра могућност дизајна. Међутим, велика количина отпада термореактивних композитних материјала од угљеничних влакана не само да заузима индустријско земљиште, већ и опрашује животну средину, тако да је његова технологија рециклирања постала жариште истраживања у земљи и иностранству.
1. Технологија рециклирања композитних материјала од угљеничних влакана
Композити од угљеничних влакана (ЦФРП) су нашироко коришћени у ваздухопловству, аутомобилској индустрији и индустрији енергије ветра због својих одличних својстава, као што су отпорност на корозију, отпорност на замор, висока специфична чврстоћа и специфични модул, и добра могућност дизајна. Међутим, велика количина отпада термореактивних композитних материјала од угљеничних влакана не само да заузима индустријско земљиште, већ и опрашује животну средину, тако да је његова технологија рециклирања постала жариште истраживања у земљи и иностранству.
Технологија опоравка ЦФРП-а углавном је подељена на механички опоравак, опоравак пиролизом, хемијски опоравак и неке друге врсте метода опоравка. Развој и предности и недостаци технологије рециклирања ЦФРП-а приказани су на слици 1.
2.ЦФ Нова политика рекламације
Поред ЦФРП отпада, друга уобичајена врста отпада су сува влакна произведена у фази производње. Ова отпадна влакна углавном потичу из отпадака, крајева калема и ивица делимичне дистрибуције. Процењује се да сува влакна чине око 40% укупног ЦФ отпада. Пошто још нису уграђена ни у једну полимерну матрицу, сува влакна показују иста својства као вЦФ. С обзиром на производњу ове велике количине вредног отпада, истраживачи активно раде на развоју нових стратегија рециклаже, укључујући, али не ограничавајући се на предење ЦФ у предиво, производњу нетканих тканина и коришћење мешавине рециклираног ЦФ и природног ЦФ за производњу не -кримп-препрег тканине.
1) Мешано предиво на бази рЦФ
У специфичним условима оквира, материјал је загрејан на 280 степени Ц и држан 30 минута да би се успешно припремио потребан композитни материјал. Студије су показале да корак мешања ваздуха у процесу мешања ефикасно побољшава уједначеност траке и предива. Међутим, овај процес мешања такође узрокује значајније оштећење угљеничних влакана (ЦФ), пошто је укупна дужина ЦФ у предиву смањена. Детаљном анализом механичких својстава предива утврђено је да предива без мешања ваздуха показују већу жилавост, углавном због смањења броја поломљених влакана и очувања укупне дужине влакана током припреме. Даља истраживања показују да почетна дужина влакна негативно утиче на својства предива, јер је директно повезана са коначном дужином влакна након обраде у структури предива. Конкретно, предива припремљена са 80 мм ЦФ показују најдужу просечну дужину влакана, дајући им супериорну жилавост. Слично томе, једносмерни (УД) композит направљен од 80 мм ЦФ и ПА6 има затезну чврстоћу до 800 мпа, што је најбоље перформансе у класи припремљених предива.
Хенгстерманн ет ал. дубоко истраживали ефекте почетне дужине влакана и односа мешања на својства и карактеристике предива након карања. Подешавањем параметара машине за кардање, укључујући растојање између ваљака за кардање и величину игле, ручно су мешали ЦФ и ПА6 влакна у две дужине од 40 мм и 60 мм према запреминском односу 30%, 50% и 70 %. Након карања, ЦФ/ПА6 влакнаста мрежа се затим подвргава процесу као што је комбиновање и предење са летећом турбином да би се коначно произвело мешано предиво. У процесу обраде, такође је потребно фино подесити параметре извлачења и центрифугирања, као што су брзина увлачења, однос промаја, материјал ваљка и број увијања, како би се смањила могућа оштећења ЦФ. Резултати показују да и почетна дужина влакана и садржај ЦФ имају значајне ефекте на коначне карактеристике мреже за чешљање, ивера и предива. Предива направљена са дужим ЦФ показују боље поравнање, мању длакавост, већу жилавост и ниже издужење од предива направљених од 40 мм ЦФ.
Ово је углавном због чињенице да се дужа влакна лакше поравнавају током кардања, а степен оштећења и губитка је мањи. Поред тога, присуство дужег ЦФ у предиву и повећање запремине ПА6 промовишу кохезију између влакана и побољшавају квалитет предења. Такође је утврђено да оријентација ЦФ у предиву, дужина ЦФ и увијање пређе имају позитивне ефекте на коначну затезну чврстоћу УД композита. Генерално, дужина влакана и упреденост предива показују инверзну везу са укупном чврстоћом развијеног композита, углавном због њиховог утицаја на коначни садржај ЦФ и дужину композита, као и регулацију пенетрације полимера током врућег пресовања.
Слика 2: Процес кардања за припрему мешавине рЦФ/ПА6
Да би смањили даље оштећење угљеничних влакана (ЦФ) током предења, Ксиао ет ал. извести развој термопластичне (ЦВТ) плоче ојачане мрежицом са карбонским влакнима која се може директно применити на процес мозаика. Стратегија укључује мешање ЦФ отпада дужине 60 мм са полиамидним (ПА) влакном са структуром језгро-љуска, где се омотач састоји од полиамид 6 (ПА6)-полиетилена (тачка топљења 136 степени Ц) кополимера, а материјал језгра је полиамид 66 (ПА66). У процесу мешања, мешавина ЦФ и ПА влакана се пропорционише са запреминским уделом ЦФ од 20%, 30% и 40%, а затим се чешља како би се формирала мрежа за чешљање. На 110 степени Ц, мрежа за кардање се стабилизује процесима извлачења и каленирања, током којих се спољни слој матричног ПА влакна топи да би се формирала одређена адхезивна структура у мрежи влакана, и на крају се производи ЦВТ лим. Значајно је да је процес истезања (30-60%) одиграо кључну улогу у бољем поравнању кратког влакна ЦФ у ЦВ-Т листу. Под условима притиска од 280 степени и 5-9 МПа, развијени лим се користи за формирање панела методом компресије. Модул затезања компримованог лима је чак 45,6 ГПа. Повећање садржаја ЦФ у ЦВТ побољшава затезну чврстоћу и ниво модула, а повећање затезног односа такође помаже да се побољша затезна чврстоћа главне уздужне.
2) неткани материјал и препрегови на бази РЦФ
Још један ефикасан начин за рециклажу отпадних угљеничних влакана је примена у производњи мрежа од нетканог материјала, што показује велики потенцијал за рециклажу отпадних угљеничних влакана у производима са високом додатом вредношћу. ЕГЛ Царбон Фибер у Великој Британији је успешно индустријализовао и оптимизовао производњу рЦФ нетканог филца са годишњим капацитетом од 250 тона за широк спектар примена у аутомобилској индустрији.
3.Закључак и будућност
У овом раду се разматрају методе рециклаже композита ојачаног угљеничним влакнима (ЦФРЦ) и детаљно се разматрају стратегије третмана отпада од угљеничних влакана који настаје током суве производње. На основу тога, технологија пиролизе и машинске обраде привукла је велику пажњу због свог потенцијала индустријске примене. Међутим, тренутна истраживања су и даље посвећена побољшању перформанси рециклираних влакана и настоје да имају својства која могу бити бесконачно блиска оригиналним угљеничним влакнима.
Будућа истраживања би требало да се фокусирају на следеће аспекте: Прво, истражити нови метод коришћења рециклираних влакана за производњу композитних материјала; Други је да се оптимизује интеракција интерфејса између влакна и матрице. Треће је да се континуирано унапређује процес рециклаже. Поред тога, развој производа са додатном вредношћу као што су неткани материјали и предива са рециклираним влакнима као сировинама такође је кључни правац у будућности. За третман сувог отпада од угљеничних влакана, развој мешаних предива и нетканог материјала показује добре изгледе, али побољшање механичких својстава производа је и даље велики изазов.
Укратко, област рециклаже производа на бази угљеничних влакана је у фази брзог развоја и играће кључну улогу у промовисању успостављања високотехнолошког приступа кружне економије влакана. Због тога је потребно више истраживања у будућности како би се побољшао квалитет влакана и смањио негативан утицај процеса рециклаже на животну средину
Емаил
Amy2289@jiutaimould.com
Телефон/Вхатсапп
+8613506862289
факс
+86-576-84217327
Адреса
бр.23, пут Хуиминг, северна индустријска зона, Хуангиан, Таизхоу, Зхејианг, Кина
