Teknik för återvinning av kolfiberkomposit: leder till en ny era av materialåtervinning

Kolfiberkompositer (CFRP) har använts i stor utsträckning inom flyg-, bil- och vindkraftsindustrin på grund av deras utmärkta egenskaper, såsom korrosionsbeständighet, utmattningsbeständighet, hög specifik hållfasthet och specifik modul, och god designbarhet. Men en stor mängd avfall av värmehärdande kolfiberkompositmaterial upptar inte bara industrimark, utan pollenderar också miljön, så dess återvinningsteknik har blivit en forskningshotspot hemma och utomlands.

 

1. Teknik för återvinning av kolfiberkompositmaterial

Kolfiberkompositer (CFRP) har använts i stor utsträckning inom flyg-, bil- och vindkraftsindustrin på grund av deras utmärkta egenskaper, såsom korrosionsbeständighet, utmattningsbeständighet, hög specifik hållfasthet och specifik modul, och god designbarhet. Men en stor mängd avfall av värmehärdande kolfiberkompositmaterial upptar inte bara industrimark, utan pollenderar också miljön, så dess återvinningsteknik har blivit en forskningshotspot hemma och utomlands.

 

Återvinningstekniken för CFRP är huvudsakligen uppdelad i mekanisk återvinning, pyrolysåtervinning, kemisk återvinning och vissa andra typer av återvinningsmetoder. Utvecklingen och fördelarna och nackdelarna med CFRP-återvinningsteknik visas i figur 1.

2.CF Ny återvinningspolicy

Förutom CFRP-avfall är en annan vanlig typ av avfall torra fibrer som produceras i tillverkningsskedet. Dessa avfallsfibrer kommer huvudsakligen från rester, spoländar och partiella fördelningskanter. Det uppskattas att torra fibrer står för cirka 40 % av det totala CF-avfallet. Eftersom de ännu inte är inbäddade i någon polymermatris uppvisar de torra fibrerna samma egenskaper som vCF. Med tanke på produktionen av denna stora mängd värdefullt avfall arbetar forskare aktivt med att utveckla nya återvinningsstrategier, inklusive men inte begränsat till spinning av CF till garn, tillverkning av non-woven tyger och användning av en blandning av återvunnen CF och inhemsk CF för att producera icke-vävda -crimp-prepreg tyger.

 

1) Blandgarn baserat på rCF

Under specifika ramförhållanden värmdes materialet till 280 grader C och hölls i 30 minuter för att framgångsrikt förbereda det erforderliga kompositmaterialet. Studier har visat att luftblandningssteget i blandningsprocessen effektivt förbättrar likformigheten hos fibrer och garn. Men denna blandningsprocess orsakar också mer betydande skada på kolfibern (CF), eftersom den totala längden av CF i garnet minskar. En djupgående analys av de mekaniska egenskaperna hos garnet visade att garn utan luftblandning visade högre seghet, främst på grund av minskningen av antalet trasiga fibrer och bevarandet av den totala fiberlängden under beredningen. Ytterligare forskning visar att fiberns initiala längd har en negativ effekt på garnets egenskaper, eftersom den är direkt relaterad till fiberns slutliga längd efter bearbetning i garnstrukturen. Specifikt uppvisar garn framställda med 80 mm CF den längsta genomsnittliga fiberlängden, vilket ger dem överlägsen seghet. På samma sätt har den enkelriktade (UD) kompositen gjord av 80 mm CF och PA6 en draghållfasthet på upp till 800 mpa, vilket är den bästa prestandan i klassen av preparerade garner.

 

Hengstermann et al. djupt undersökt effekterna av initial fiberlängd och blandningsförhållande på egenskaper och egenskaper hos garn efter kardning. Genom att justera kardmaskinens parametrar, inklusive avståndet mellan kardvalsarna och nålstorleken, blandade de manuellt CF- och PA6-fibrer i två längder på 40 mm och 60 mm enligt volymförhållandet 30 %, 50 % och 70 %. Efter kardning utsätts CF/PA6-fibernätet sedan för en process som att kombinera och spinna med en flygande turbin för att slutligen producera ett blandat garn. I bearbetningsprocessen är det också nödvändigt att finjustera dragnings- och spinningsparametrarna, såsom matningshastighet, dragförhållande, rullmaterial och vridningstal, för att minska den möjliga skadan på CF. Resultaten visar att både den initiala fiberlängden och CF-halten har signifikanta effekter på de slutliga egenskaperna hos kardnätet, flisan och garnet. Garn gjorda med längre CF uppvisar bättre anpassning, lägre hårighet, högre seghet och lägre töjning än garn gjorda med 40 mm CF.

 

Detta beror främst på det faktum att längre fibrer enklare anpassas under kardning, och graden av skada och förlust är lägre. Dessutom främjar närvaron av längre CF i garnet och ökningen av PA6-volymen kohesionen mellan fibrerna och förbättrar kvaliteten på spånspinningen. Det har också visat sig att orienteringen av CF i garn, längden av CF och garnets snodd har positiva effekter på den slutliga draghållfastheten hos UD-komposit. I allmänhet visar fiberlängd och garntvinning ett omvänt förhållande till den totala styrkan hos den utvecklade kompositen, främst på grund av deras inverkan på det slutliga CF-innehållet och längden av kompositen, såväl som regleringen av polymerpenetration under varmpressning.

Figur 2: Kardningsprocess för beredning av rCF/PA6-blandning

 

För att minska ytterligare skador på kolfiber (CF) under spinning, Xiao et al. rapportera utvecklingen av ett kolfiberarmerat termoplastark (CWT) med låst mesh som kan appliceras direkt på mosaikprocessen. Strategin går ut på att blanda CF-avfall 60 mm i längd med en polyamid (PA) fiber med en kärna-skal struktur, där skalet består av en polyamid 6 (PA6) -polyeten (smältpunkt 136 grader C) sampolymer och kärnmaterialet är polyamid 66 (PA66). I blandningsprocessen proportioneras blandningen av CF- och PA-fibrer med CF-volymfraktionen på 20 %, 30 % och 40 %, och kammas sedan för att bilda ett kamningsnätverk. Vid 110 grader C stabiliseras kardnätet genom dragnings- och kalanderingsprocesser, under vilka det yttre skiktet av PA-fibermatrisen smälts för att bilda en viss vidhäftande struktur i fibernätet, och slutligen produceras CWT-arket. Framför allt spelade sträckningsprocessen (30-60%) en nyckelroll för bättre anpassning av den korta fibern CF i CW-T-arket. Under tryckförhållandena 280 grader och 5-9 MPa används det utvecklade arket för panelformning med kompressionsformningsmetod. Dragmodulen för den komprimerade plåten är så hög som 45,6 GPa. Ökningen av CF-halten i CWT förbättrar draghållfastheten och modulnivån, och ökningen av dragförhållandet hjälper också till att förbättra draghållfastheten för huvudlängden.

2) RCF-baserade nonwovens och prepregs

Ett annat effektivt sätt att återvinna avfall av kolfiber är att tillämpa det på produktionen av fiberduksnät, vilket visar den stora potentialen för att återvinna avfallskolfiber i produkter med högt förädlingsvärde. EGL Carbon Fiber i Storbritannien har framgångsrikt industrialiserat och optimerat produktionen av rCF non-woven filt med en årlig kapacitet på 250 ton för ett brett spektrum av applikationer inom bilindustrin.

 

 

3.Slutsats och framtidsutsikter

I detta dokument granskas återvinningsmetoderna för kolfiberförstärkt komposit (CFRC) och behandlingsstrategierna för kolfiberavfall som genereras under torr tillverkning diskuteras på djupet. På grundval av detta har pyrolys- och bearbetningsteknik väckt stor uppmärksamhet på grund av dess industriella tillämpningspotential. Nuvarande forskning är dock fortfarande engagerad i att förbättra prestandan hos återvunna fibrer och strävar efter att ha egenskaper som kan vara oändligt nära den ursprungliga kolfibern.

 

Framtida forskning bör fokusera på följande aspekter: Först, utforska en ny metod för att använda återvunnen fiber för att producera kompositmaterial; Det andra är att optimera gränssnittsinteraktionen mellan fiber och matris. Det tredje är att kontinuerligt förbättra återvinningsprocessen. Dessutom är utvecklingen av förädlade produkter som non-wovens och garn med återvunna fibrer som råvara också en nyckelriktning i framtiden. För behandling av torrt kolfiberavfall visar utvecklingen av blandgarn och nonwovens goda möjligheter, men att förbättra produkternas mekaniska egenskaper är fortfarande en stor utmaning.

 

Sammanfattningsvis är området för återvinning av kolfiberbaserade produkter i ett skede av snabb utveckling, och det kommer att spela en nyckelroll för att främja etableringen av en högteknologisk fiberbaserad cirkulär ekonomi. Därför behövs mer forskning i framtiden för att förbättra fiberkvaliteten och minska återvinningsprocessens negativa miljöpåverkan

 

E-post

Amy2289@jiutaimould.com

Telefon/Whatsapp

+8613506862289

Fax

+86-576-84217327

Adress

No.23, Huiming road, North Industrial Zone, Huangyan, Taizhou, Zhejiang, Kina