福伊特(Voith)复合材料公司及其合作伙伴开发了储氢罐的回收解决方案,以及用回收材料生产汽车零部件的制造方法。Voith在JEC World 2023展会上展示了这台汽车演示机,展示了该公司在制造新型结构汽车零部件方面所做的努力,这些汽车零部件是由其氢储罐缠绕工艺的废料制成的预浸料制成的。最终,该公司还计划将储罐本身回收成新的部件。
福伊特复合材料公司生产汽车零部件,专注于自动化和复合材料4.0工艺流程。最近,该公司利用其在新兴氢经济领域的专业知识,为重型产品行业提供了700巴的氢罐。与传统的纤维缠绕碳纤维增强聚合物(CFRP)储罐相比,该储罐采用自动丝束缠绕工艺制造,重量更轻,氢气容量更高。
与此同时,Voith还专注于可持续发展,尤其是在汽车制造商面临越来越大的压力,要求其零部件采用回收和可持续发展解决方案的情况下。为此,Voith专注于技术和合作伙伴关系,以使其高压碳纤维布储罐在其15年寿命结束时能够回收,以及使用由此产生的回收碳纤维(rCF)制造新汽车部件的解决方案。
Voith及其合作伙伴,包括日本东丽(用于材料)、德国特诺沃(用于非织造布制造)和意大利德尔塔普雷格(用于树脂浸渍),正在研究两种不同的回收工艺,一种用于回收制造废料,另一种用于回收报废(EOL)部件,如氢气罐。
在第一个过程中,Voith氢气罐缠绕过程中产生的干碳纤维切屑被收集起来,并切割至约60毫米长。这些纤维被定向并制造成干燥的非织造织物,用树脂浸渍,然后铺成预浸料堆,在闭模过程中压制成最终用途部件。这一工艺已经被用于制造演示汽车部件。在法国巴黎举行的JEC World 2023上,Voith展示了一种与欧洲汽车制造商合作制造的用于加固跑车车底的结构部件。
在第二种回收方法中,使用酸基溶剂分解工艺从达到EOL的复合材料部件中提取碳纤维和树脂。在这个过程中,提取60~80毫米的碳纤维,并在一个单独的过程中,重新定向和再制造成50毫米宽的单向带,再用环氧树脂浸渍。然后,可以使用Voith开发的自动铺带技术(Voith Roving Applicator,简称VRA)将预浸胶带定制成新汽车部件的预成型件,这是一种将胶带切割成预定长度并以指定角度放置的自动化工艺。
目前,切碎的EOL零件被送入中试规模的系统,得到的纤维长度相对较短(最多80毫米)。未来,目标是将该工艺扩展到连续粗纱,如Voith的丝束缠绕高压氢罐中使用的粗纱。另一个目标是将提取的树脂成分再制造成新的树脂。
在过去的一年里,Voith报告称,这一过程的工作一直在进行中,主要目标是确定是否可以用回收的碳纤维制成功能齐全的部件。这项工作包括确定叠层的压制效果、树脂的流动方式和碳纤维的行为方式,所有这些对于确定如何微调变量以及如何使制造过程适应公司的回收理念都很重要。
Voith正继续测试原型零件和试件,迄今为止的结果是积极的。例如,与原始碳纤维相比,再生碳纤维(rCF)带的拉伸强度在80%~90%的范围内。
随着这两种工艺的不断发展,下一步Voith将转向生物基或再生树脂及其rCF。第一步是用标准环氧树脂体系浸渍rCF,与典型的原始CF带中使用的树脂相匹配。第二步是将rCF与另一家供应商的玻璃化环氧树脂结合。由于其热塑性,这种树脂可以熔化,因此更容易回收。最后一步是使用100%生物基环氧树脂系统,或从溶剂解回收过程中提取的环氧树脂。