Teknologi for resirkulering av karbonfiberkompositt: Leder i en ny æra av materialgjenvinning

Karbonfiberkompositter (CFRP) har blitt mye brukt i romfarts-, bil- og vindkraftindustrien på grunn av deres utmerkede egenskaper, som korrosjonsmotstand, utmattelsesmotstand, høy spesifikk styrke og spesifikk modul, og god designbarhet. En stor mengde avfall av varmeherdende komposittmaterialer av karbonfiber okkuperer imidlertid ikke bare industriland, men gir også pollen for miljøet, så resirkuleringsteknologien har blitt et forskningshotspot i inn- og utland.

 

1.Karbonfiber komposittmateriale resirkuleringsteknologi

Karbonfiberkompositter (CFRP) har blitt mye brukt i romfarts-, bil- og vindkraftindustrien på grunn av deres utmerkede egenskaper, som korrosjonsmotstand, utmattelsesmotstand, høy spesifikk styrke og spesifikk modul, og god designbarhet. En stor mengde avfall av varmeherdende komposittmaterialer av karbonfiber okkuperer imidlertid ikke bare industriland, men gir også pollen for miljøet, så resirkuleringsteknologien har blitt et forskningshotspot i inn- og utland.

 

Gjenvinningsteknologien til CFRP er hovedsakelig delt inn i mekanisk utvinning, pyrolysegjenvinning, kjemisk utvinning og noen andre typer utvinningsmetoder. Utviklingen og fordelene og ulempene med CFRP-resirkuleringsteknologi er vist i figur 1.

2.CF Ny gjenvinningspolicy

I tillegg til CFRP-avfall er en annen vanlig type avfall tørre fibre produsert på produksjonsstadiet. Disse avfallsfibrene kommer hovedsakelig fra skrap, spoleender og delvise distribusjonskanter. Det er anslått at tørre fibre utgjør ca. 40 % av det totale CF-avfallet. Siden de ennå ikke er innebygd i noen polymermatrise, viser de tørre fibrene de samme egenskapene som vCF. Gitt produksjonen av denne store mengden verdifullt avfall, jobber forskere aktivt med å utvikle nye resirkuleringsstrategier, inkludert, men ikke begrenset til, spinning av CF til garn, produksjon av ikke-vevde stoffer og bruk av en blanding av resirkulert CF og naturlig CF for å produsere ikke-vevd CF. -crimp-prepreg stoffer.

 

1) Blandet garn basert på rCF

Under spesifikke rammebetingelser ble materialet oppvarmet til 280 grader C og holdt i 30 minutter for å lykkes med å forberede det nødvendige komposittmaterialet. Studier har vist at luftblandingstrinnet i blandingsprosessen effektivt forbedrer ensartetheten til flis og garn. Imidlertid forårsaker denne blandingsprosessen også mer betydelig skade på karbonfiberen (CF), ettersom den totale lengden av CF i garnet reduseres. En dybdeanalyse av de mekaniske egenskapene til garnet viste at garn uten luftblanding viste høyere seighet, hovedsakelig på grunn av reduksjonen i antall knuste fibre og bevaring av den totale fiberlengden under preparering. Ytterligere forskning viser at den opprinnelige lengden på fiberen har en negativ effekt på egenskapene til garnet, da den er direkte relatert til den endelige lengden av fiberen etter bearbeiding i garnstrukturen. Nærmere bestemt, garn fremstilt med 80 mm CF viser den lengste gjennomsnittlige fiberlengden, noe som gir dem overlegen seighet. Tilsvarende har den ensrettede (UD) kompositten laget av 80 mm CF og PA6 en strekkstyrke på opptil 800 mpa, som er den beste ytelsen i klassen for preparerte garn.

 

Hengstermann et al. dypt undersøkt effekten av initial fiberlengde og blandingsforhold på egenskapene og egenskapene til garn etter karding. Ved å justere parametrene til kardemaskinen, inkludert avstanden mellom kardevalsene og nålstørrelsen, blandet de manuelt CF- og PA6-fibre i to lengder på 40 mm og 60 mm i henhold til volumforholdet på 30 %, 50 % og 70 %. Etter karding blir CF/PA6-fibernettet deretter utsatt for en prosess som å kombinere og spinne med en flygende turbin for til slutt å produsere et blandet garn. I prosesseringsprosessen er det også nødvendig å finjustere trekke- og spinnparametrene, som matehastighet, trekkforhold, valsemateriale og vrinummer, for å redusere mulig skade på CF. Resultatene viser at både den opprinnelige fiberlengden og CF-innholdet har betydelige effekter på de endelige egenskapene til kardenettet, flisen og garnet. Garn laget med lengre CF viser bedre justering, lavere hårhet, høyere seighet og lavere forlengelse enn garn laget med 40 mm CF.

 

Dette skyldes hovedsakelig at lengre fibre lettere justeres under karding, og graden av skade og tap er lavere. I tillegg fremmer tilstedeværelsen av lengre CF i garnet og økningen i PA6-volum kohesjonen mellom fibrene og forbedrer kvaliteten på stivspinningen. Det er også funnet at orienteringen av CF i garn, lengden på CF og garnets vridning har positive effekter på den endelige strekkstyrken til UD-kompositt. Generelt viser fiberlengde og garnvridning et omvendt forhold til den totale styrken til den utviklede kompositten, hovedsakelig på grunn av deres innflytelse på det endelige CF-innholdet og lengden av kompositten, samt reguleringen av polymerpenetrasjon under varmpressing.

Figur 2: Kardeprosess for tilberedning av rCF/PA6-blanding

 

For å redusere ytterligere skade på karbonfiber (CF) under spinning, har Xiao et al. rapporter utviklingen av et karbonfiberarmert termoplastark med låst nett (CWT) som kan påføres direkte på mosaikkprosessen. Strategien går ut på å blande CF-avfall 60 mm i lengde med en polyamid (PA) fiber med en kjerne-skallstruktur, hvor skallet består av en polyamid 6 (PA6) -polyetylen (smeltepunkt 136 grader C) kopolymer og kjernematerialet er polyamid 66 (PA66). I blandingsprosessen blir blandingen av CF- og PA-fibre proporsjonert med CF-volumfraksjonen på 20 %, 30 % og 40 %, og deretter kjemmet for å danne et kjemmingsnettverk. Ved 110 grader C stabiliseres kardenettet ved trekke- og kalendingsprosesser, hvor det ytre laget av matrise-PA-fiberen smeltes for å danne en viss klebestruktur i fibernettet, og til slutt produseres CWT-arket. Spesielt spilte strekkprosessen (30-60%) en nøkkelrolle i bedre justering av den korte fiberen CF i CW-T-arket. Under trykkforholdene på 280 grader og 5-9 MPa, brukes det utviklede arket til panelforming ved hjelp av kompresjonsformingsmetode. Strekkmodulen til det komprimerte arket er så høy som 45,6 GPa. Økningen av CF-innhold i CWT forbedrer strekkstyrken og modulnivået, og økningen av strekkforholdet bidrar også til å forbedre strekkfastheten til hovedlengden.

2) RCF-baserte nonwovens og prepregs

En annen effektiv måte å resirkulere avfallskarbonfiber på er å bruke det til produksjon av ikke-vevde stoffnett, noe som viser det store potensialet for resirkulering av avfallskarbonfiber i produkter med høy verdiøkning. EGL Carbon Fiber i Storbritannia har vellykket industrialisert og optimalisert produksjonen av rCF non-woven filt med en årlig kapasitet på 250 tonn for et bredt spekter av bruksområder i bilindustrien.

 

 

3.Konklusjon og fremtidsutsikter

I denne artikkelen blir resirkuleringsmetodene for karbonfiberforsterket kompositt (CFRC) gjennomgått, og behandlingsstrategiene for karbonfiberavfall som genereres under tørr produksjon diskuteres i dybden. På dette grunnlaget har pyrolyse- og maskineringsteknologi vakt mye oppmerksomhet på grunn av dets industrielle anvendelsespotensial. Nåværende forskning er imidlertid fortsatt forpliktet til å forbedre ytelsen til resirkulerte fibre, og streber etter å ha egenskaper som kan være uendelig nær den originale karbonfiberen.

 

Fremtidig forskning bør fokusere på følgende aspekter: Utforsk først en ny metode for å bruke resirkulert fiber for å produsere komposittmaterialer; Den andre er å optimere grensesnittinteraksjonen mellom fiber og matrise. Den tredje er å kontinuerlig forbedre gjenvinningsprosessen. I tillegg er utviklingen av verdiøkende produkter som fiberduk og garn med resirkulerte fibre som råstoff også en sentral retning i fremtiden. For behandling av tørt karbonfiberavfall viser utviklingen av blandet garn og nonwovens gode utsikter, men å forbedre de mekaniske egenskapene til produktene er fortsatt en stor utfordring.

 

Oppsummert er feltet for resirkulering av karbonfiberbaserte produkter i et stadium av rask utvikling, og det vil spille en nøkkelrolle i å fremme etableringen av en høyteknologisk fiber sirkulær økonomitilnærming. Derfor trengs det mer forskning i fremtiden for å forbedre fiberkvaliteten og redusere den negative miljøpåvirkningen av resirkuleringsprosessen

 

E-post

Amy2289@jiutaimould.com

Telefon/Whatsapp

+8613506862289

Faks

+86-576-84217327

Adresse

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