《实现热塑性复合材料回收的创新方法》

  • 来源专题:工业强基
  • 编译者: 张欣
  • 发布时间:2024-07-05
  • 如今,最大限度地减少对环境的影响是复合材料行业面临的一个非常重要的挑战。复合废物的最大问题之一与所涉及材料的复杂性和不断增加的废物数量有关。在复合材料行业寻求更可持续的解决方案之际,Somocap和Compositadour正在接近终点线。他们正在开发解决方案,重新利用来自航空等行业的热塑性复合材料废料,生产出能充分利用长纤维的技术部件。

    随着工业的发展和许多产品的报废,生产废物也在增加。这就是为什么复合废物的可持续解决方案是向绿色转型过程中需要解决的关键问题。在这种情况下,越来越多地使用的热塑性基体复合材料具有能够多次加工的独特优势,而热固性基体复合材料则没有。在此框架内,从事橡胶、塑料和复合材料成型的公司Somocap,与从事复合材料工艺的技术平台Compositadour联合起来迎接挑战。

    不同类型的废物

    在法国西南部,这两家公司发现了大量的热塑性复合材料垃圾。由于没有回收或再利用这些废物的解决方案,它最终被填埋了。这种热塑性复合材料废物可分为两类。它可以是来自批量生产的新材料废料,例如自动切割或悬垂,也可以是来自已经转换的材料,如测试零件、不符合规范的零件和已经报废的零件。

    通过研发,Somocap和Compositadour致力于从这些不同的物流中回收复合废物,并将其用于制造由短纤维制成的技术部件。

    该方法包括在将这些废料整合到创新的再利用过程中之前对其进行修复。重新处理是必要的,因为生产中识别出的废物由于其形式(大小和形状)而无法像通常的过程中那样重复使用。这一步骤去除了废物,随后产生了新的原材料。无论回收何种类型的废物,其目标都是对经过修复的材料进行再加工,同时保留其特殊机械性能的优势。从本质上讲,所识别的材料类型在厚度、刚度、坚固性、形状等方面非常不同。因此,必须使用不同的方法来修复它们。

    废物再处理

    其中一种主要方法是将已经固结的复合废物和废弃的成品分解成各种形状和体积。通过这种方法可以生产出相对均匀的“碎片”形式的原材料。由于纤维叠层赋予零件很大的强度,因此需要付出很大的努力才能断裂。因此,这些层必须分层,以便于加工。Somocap、Compositadour和他们的合作伙伴进行的研究已经开发出一种可以处理这种废物的研磨机。它生产了一种新的短纤维材料(>15毫米)。另一方面,对于由一层非常精细、相当柔软的单向纤维制成的新材料废料,相同的研磨溶液会损坏纤维并影响性能。因此,回收这些废料需要切割(而不是研磨),目的是产生校准长度的相同碎片,通常称为“芯片”。测试了各种切割方法:激光、旋转刀片、模具、超声波等。这里的困难在于用单一的切割溶液处理每种类型的废料形状的能力。选定的技术仍在优化中,将使校准复合材料“芯片”成为可能。

    实施过程

    在工业规模上,已经开发了两种回收工艺来实现每种新的原材料(磨碎的短纤维碎片和薄复合材料芯片)。第一个过程是热压或热成型。它涉及一个压力机,广泛应用于所有材料的成型行业。它具有明显的优点,即成本低廉且易于实现。根据使用的纤维类型,热成型非常适合控制新材料并获得预期的必要性能。这一领域的发展已经产生了可回收的复合材料零件。

    已经部署的第二个进程是创新的。它的开发目的是创造非常复杂的形状,并可以产生非常详细的几何形状,这是典型的热成型工艺无法实现的。此外,它几乎不需要像轮廓切割或修剪这样的精加工操作。由于可行性已被证明,开发人员正在继续使该工艺工业化,并使其适合批量生产。

    创新可持续发展有助于未来

    目前,高达99%的复合废物未被回收。Somocap和Compositadour开发的解决方案将有可能从迄今为止尚未回收的废物中生产出形状简单和复杂的技术产品。基于Somocap的成型专业知识,一种更复杂的工艺可以从长短纤维中生产出复杂的形状。所开发的工艺的优点在于易于实施,并将原始纤维保存为长纤维。

    开发简单和复杂形状的目标是脱碳路线图的一部分,而脱碳现在在所有行业都是必不可少的。该团队已经获得了生态创新奖,现在正在寻找合作伙伴启动示范阶段,最终将实现大规模生产。设想的第一批应用是飞机、无人机和国防设备各种技术部件的中小型生产。

  • 原文来源:https://www.jeccomposites.com/news/thermoplastic-composite-recycling-finds-new-outlets/
相关报告
  • 《新方法成功将碳纤维复合材料回收为可重复使用的材料》

    • 来源专题:工程机械与高端装备
    • 编译者:赵卫华
    • 发布时间:2024-11-27
    • 南加州大学的研究人员开发了一种新工艺,可升级回收汽车面板和轻轨车辆中出现的复合材料,解决当前交通和能源领域的环境挑战。该研究最近发表在《美国化学会杂志》上。 南加州大学多恩西夫文学、艺术与科学学院的化学教授特拉维斯·威廉姆斯(Travis Williams)说,“我不确定是否有可能完全回收复合材料”。“虽然这些材料在制造节能汽车方面非常出色,但复合材料的问题在于我们没有切实可行的回收途径,因此这些材料最终都被填埋了”。 该研究中展示的化学反应是Williams与南加州大学维特比工程学院MCGill 复合材料中心的Steven Nutt教授、南加州大学Alfred E. Mann药学和制药科学学院的Clay CC Wang教授以及美国加州大学伯克利分校的Berl Oakley合作进行的。堪萨斯大学的一种新方法表明,复合材料可以以保持材料完整性的方式回收和再循环。 日常材料 碳纤维是由碳原子构成的细纤维;它们非常轻,但具有非常高的拉伸强度和刚度,非常适合制造。聚合物基体是一种类似塑料的刚性材料(例如环氧树脂、聚酯或乙烯基树脂),充当粘合剂;聚合物将碳纤维固定在一起并赋予复合材料形状。 CFRP,即碳纤维增强聚合物,是一种结合了碳纤维和聚合物成分的复合材料。威廉姆斯说:“这项研究展示了第一个成功的方法,可以从碳纤维和CFRP 材料的聚合物基体中回收高价值。” Williams说,“如果你环顾世界,你会发现碳纤维复合材料无处不在”“它们在我的自行车、我的汽车和我邻居的假肢里。”复合材料是大规模制造中最常用的材料之一。汽车和飞机的结构板以及许多其他部件越来越多地使用碳纤维增强塑料制造。 “碳纤维增强塑料面临的挑战是你无法熔化它们或重新粘合它们,这使得它们在使用寿命结束时难以分离和回收,”Williams说。事实上,适用于约1%复合材料废物的唯一可用回收方法是烧掉聚合物基体。 南加州大学维特比分校的化学工程教授Nutt对这一策略表示反对,他说:“基质是一种我们不想牺牲的工程材料。” 可持续方法 预测表明,到2030年,6,000-8,000架含有复合材料的商用飞机将达到使用寿命,到2050年,退役的风力涡轮机将产生 483,000 吨复合材料废物。威廉姆斯表示,他的实验室的升级回收方法为日益严重的废物问题提供了可持续的解决方案:“我们的方法有潜力在回收和化学制造领域创造新的价值链,同时显着减少复合材料对环境的影响。” 升级回收方法节省了CFRP的碳纤维,这是该材料坚固耐用的部分。这些纤维保持良好状态,团队展示了如何在新制造中重复使用它们,保持超过97%的原始强度。该方法是第一个成功地从碳纤维复合材料的基体和碳纤维部分中获得价值的方法,将废物转化为有用的产品并减少环境危害。 真菌溶液 生物技术对于从废弃的聚合物基质中回收价值至关重要。研究人员还引入了一种特殊类型的真菌,称为构巢曲霉,它首先是在堪萨斯大学贝尔奥克利实验室设计的。南加州大学研究小组发现,在纤维回收反应将聚合物切碎成苯甲酸后,这种真菌可以从复合基质中重建材料,然后将苯甲酸用作真菌的食物来源,以生产一种称为OTA的化学物质((2Z,4Z,6E)-八-2,4,6-三烯酸)使用这种真菌的工程菌株。 “OTA可用于制造具有潜在医疗应用的产品,例如抗生素或抗炎药,”南加州大学曼恩教授兼药理学和药物科学系主任、联合研究员王说。“这一发现很重要,因为它展示了一种新的、更有效的方法,可以将以前被认为是废弃的材料变成可用于医学的有价值的东西。” 这种升级回收方法不仅展示了利用真菌对废料进行生物催化升级的潜力,而且还突出了一种通过将纤维和基体成分回收为高价值产品来回收复合材料的新方法。 Williams说:“随着对碳纤维增强塑料的需求持续增长,这一突破出现在关键时刻。”“预计未来几十年CFRP废物将显着增加,这一概念为可持续材料管理提供了一个有前景的解决方案。”
  • 《热塑性复合材料风轮机叶片的结构验证与热固性复合材料叶片的比较》

    • 来源专题:可再生能源
    • 编译者:pengh
    • 发布时间:2020-10-30
    • 反应不塑性热塑性塑料在风力涡轮机叶片复合材料中具有潜在的优势,因为它们在使用寿命结束时可回收利用,可以降低制造成本,实现热连接,并且与传统的热固性环氧树脂复合材料具有相似的、甚至在某些情况下更好的结构性能。然而,这些材料对风能行业来说是新材料,投资于尚未在叶片规模上得到验证的材料是有风险的。如果没有在成本和/或性能方面的系统级优势的大规模验证和演示,工业无法采用这样的新材料。本文介绍了13米热塑性复合材料风轮机叶片的结构特征,并与相同几何形状的热固性环氧树脂叶片进行了比较。对比结果表明,两种叶片的平展结构静性能和疲劳性能相似,但热塑性复合材料叶片比环氧树脂叶片具有更高的阻尼,这可能导致运行载荷的降低。