تكنولوجيا إعادة تدوير مركبات ألياف الكربون: قيادة عصر جديد من إعادة تدوير المواد

تم استخدام مركبات ألياف الكربون (CFRP) على نطاق واسع في صناعات الطيران والسيارات وطاقة الرياح بسبب خصائصها الممتازة، مثل مقاومة التآكل، ومقاومة التعب، والقوة النوعية العالية والمعامل المحدد، والتصميم الجيد. ومع ذلك، فإن كمية كبيرة من نفايات المواد المركبة من ألياف الكربون المتصلبة بالحرارة لا تشغل الأراضي الصناعية فحسب، بل تلوث البيئة أيضًا، لذلك أصبحت تكنولوجيا إعادة التدوير الخاصة بها نقطة بحث ساخنة في الداخل والخارج.

 

1. تكنولوجيا إعادة تدوير المواد المركبة من ألياف الكربون

تم استخدام مركبات ألياف الكربون (CFRP) على نطاق واسع في صناعات الطيران والسيارات وطاقة الرياح بسبب خصائصها الممتازة، مثل مقاومة التآكل، ومقاومة التعب، والقوة النوعية العالية والمعامل المحدد، والتصميم الجيد. ومع ذلك، فإن كمية كبيرة من نفايات المواد المركبة من ألياف الكربون المتصلبة بالحرارة لا تشغل الأراضي الصناعية فحسب، بل تلوث البيئة أيضًا، لذلك أصبحت تكنولوجيا إعادة التدوير الخاصة بها نقطة بحث ساخنة في الداخل والخارج.

 

تنقسم تكنولوجيا الاسترداد لـ CFRP بشكل أساسي إلى الاسترداد الميكانيكي، والاسترداد بالانحلال الحراري، والاسترداد الكيميائي وبعض الأنواع الأخرى من طرق الاسترداد. يظهر الشكل 1 تطور ومزايا وعيوب تكنولوجيا إعادة تدوير CFRP.

2.CF سياسة الاستصلاح الجديدة

بالإضافة إلى نفايات البلاستيك المقوى بألياف الكربون، هناك نوع آخر شائع من النفايات وهو الألياف الجافة التي يتم إنتاجها في مرحلة التصنيع. تأتي ألياف النفايات هذه بشكل أساسي من الخردة ونهايات المكوك وحواف التوزيع الجزئية. تشير التقديرات إلى أن الألياف الجافة تمثل حوالي 40% من إجمالي نفايات التليف الكيسي. نظرًا لأنها لم يتم دمجها بعد في أي مصفوفة بوليمر، فإن الألياف الجافة تظهر نفس خصائص vCF. نظرًا لإنتاج هذه الكمية الكبيرة من النفايات القيمة، يعمل الباحثون بنشاط على تطوير استراتيجيات إعادة تدوير جديدة، بما في ذلك، على سبيل المثال لا الحصر، غزل ألياف الكربون وتحويلها إلى خيوط، وتصنيع الأقمشة غير المنسوجة، واستخدام خليط من ألياف الكربون المعاد تدويرها وألياف الكربون الأصلية لإنتاج غير - تجعيد الأقمشة الجاهزة.

 

1) الخيوط المخلوطة على أساس rCF

في ظل ظروف إطارية محددة، تم تسخين المادة إلى 280 درجة مئوية وحفظها لمدة 30 دقيقة لتحضير المادة المركبة المطلوبة بنجاح. أظهرت الدراسات أن خطوة خلط الهواء في عملية الخلط تعمل بشكل فعال على تحسين توحيد الشظية والغزل. ومع ذلك، فإن عملية الخلط هذه تسبب أيضًا ضررًا أكبر لألياف الكربون (CF)، حيث يتم تقليل الطول الإجمالي للألياف الكربونية في الخيوط. كشف تحليل متعمق للخواص الميكانيكية للغزل أن الخيوط بدون خلط الهواء أظهرت صلابة أعلى، ويرجع ذلك أساسًا إلى انخفاض عدد الألياف المكسورة والحفاظ على طول الألياف الإجمالي أثناء التحضير. تظهر الأبحاث الإضافية أن الطول الأولي للألياف له تأثير سلبي على خصائص الغزل، حيث أنه يرتبط مباشرة بالطول النهائي للألياف بعد المعالجة في بنية الغزل. على وجه التحديد، تظهر الخيوط المجهزة بـ 80 مم CF أطول متوسط ​​طول للألياف، مما يمنحها صلابة فائقة. وبالمثل، فإن المركب أحادي الاتجاه (UD) المصنوع من 80 مم CF وPA6 يتمتع بقوة شد تصل إلى 800 ميجا باسكال، وهو أفضل أداء في فئة الخيوط المعدة.

 

هينجسترمان وآخرون. بحث بعمق تأثيرات طول الألياف الأولي ونسبة الخلط على خصائص وخصائص الخيوط بعد التمشيط. من خلال ضبط معلمات آلة التمشيط، بما في ذلك المسافة بين بكرات التمشيط وحجم الإبرة، قاموا يدويًا بخلط ألياف CF وPA6 بطولين 40 مم و60 مم وفقًا لنسبة الحجم 30% و50% و70 %. بعد التمشيط، يتم بعد ذلك إخضاع شبكة الألياف CF/PA6 لعملية مثل الجمع والغزل باستخدام توربين طائر لإنتاج خيوط مختلطة في النهاية. في عملية المعالجة، من الضروري أيضًا الضبط الدقيق لمعلمات الصياغة والدوران، مثل معدل التغذية، ونسبة السحب، ومواد الأسطوانة ورقم اللف، لتقليل الضرر المحتمل لـ CF. أظهرت النتائج أن كلا من طول الألياف الأولي ومحتوى CF لهما تأثيرات كبيرة على الخصائص النهائية لشبكة التمشيط والقطعة والغزل. تظهر الخيوط المصنوعة من CF الأطول محاذاة أفضل وشعر أقل وصلابة أعلى واستطالة أقل من الخيوط المصنوعة من CF 40 مم.

 

ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أنه يتم محاذاة الألياف الأطول بسهولة أكبر أثناء التمشيط، وتكون درجة الضرر والخسارة أقل. بالإضافة إلى ذلك، فإن وجود CF أطول في الخيوط وزيادة حجم PA6 يعزز التماسك بين الألياف ويحسن جودة غزل الشظية. وقد وجد أيضًا أن اتجاه CF في الخيوط وطول CF ولف الخيوط لها تأثيرات إيجابية على قوة الشد النهائية لمركب UD. بشكل عام، يظهر طول الألياف وتطور الخيوط علاقة عكسية مع القوة الإجمالية للمركب المطور، ويرجع ذلك أساسًا إلى تأثيرها على محتوى CF النهائي وطول المركب، بالإضافة إلى تنظيم اختراق البوليمر أثناء الضغط الساخن.

الشكل 2: عملية التمشيط لإعداد مزيج rCF/PA6

 

للحد من المزيد من الأضرار التي لحقت بألياف الكربون (CF) أثناء الغزل، شياو وآخرون. قم بالإبلاغ عن تطوير ورقة شبكية من اللدائن الحرارية المقواة بألياف الكربون (CWT) والتي يمكن تطبيقها مباشرة على عملية الفسيفساء. تتضمن الإستراتيجية خلط نفايات CF بطول 60 مم مع ألياف البولي أميد (PA) مع هيكل القشرة الأساسية، حيث تتكون القشرة من بولي أميد 6 (PA6) - بولي إيثيلين (نقطة انصهار 136 درجة مئوية) والمادة الأساسية هي مادة البولي أميد 66 (PA66). في عملية الخلط، يتم تناسب خليط ألياف CF وPA مع جزء حجم CF بنسبة 20%، 30% و40%، ثم يتم تمشيطه لتشكيل شبكة تمشيط. عند 110 درجة مئوية، يتم تثبيت شبكة التمشيط عن طريق عمليات السحب والتقويم، حيث يتم خلالها صهر الطبقة الخارجية من ألياف المصفوفة PA لتشكيل هيكل لاصق معين في شبكة الألياف، وأخيرًا يتم إنتاج لوح CWT. والجدير بالذكر أن عملية التمدد (30-60%) لعبت دورًا رئيسيًا في تحسين محاذاة الألياف القصيرة CF في ورقة CW-T. تحت ظروف ضغط 280 درجة و 5-9 MPa، يتم استخدام الصفائح المطورة لتشكيل الألواح بطريقة التشكيل بالضغط. يصل معامل الشد للورقة المضغوطة إلى 45.6 جيجا باسكال. تعمل زيادة محتوى CF في CWT على تحسين قوة الشد ومستوى المعامل، كما تساعد زيادة نسبة الشد أيضًا على تحسين قوة الشد الطولية الرئيسية.

2) الأقمشة غير المنسوجة القائمة على RCF والتجهيزات المسبقة

هناك طريقة فعالة أخرى لإعادة تدوير نفايات ألياف الكربون وهي تطبيقها على إنتاج شبكات الأقمشة غير المنسوجة، مما يوضح الإمكانية الكبيرة لإعادة تدوير نفايات ألياف الكربون في منتجات ذات قيمة مضافة عالية. نجحت شركة EGL Carbon Fiber في المملكة المتحدة في تصنيع وتحسين إنتاج اللباد غير المنسوج rCF بقدرة سنوية تبلغ 250 طنًا لمجموعة واسعة من التطبيقات في صناعة السيارات.

 

 

3.الخلاصة والنظرة المستقبلية

في هذه الورقة، تتم مراجعة طرق إعادة تدوير المركبات المقواة بألياف الكربون (CFRC)، وتناقش استراتيجيات معالجة نفايات ألياف الكربون الناتجة أثناء التصنيع الجاف بشكل متعمق. على هذا الأساس، اجتذبت تكنولوجيا الانحلال الحراري والتصنيع الكثير من الاهتمام بسبب إمكانات تطبيقها الصناعي. ومع ذلك، لا تزال الأبحاث الحالية ملتزمة بتحسين أداء الألياف المعاد تدويرها، وتسعى جاهدة للحصول على خصائص يمكن أن تكون قريبة بشكل لا نهائي من ألياف الكربون الأصلية.

 

يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على الجوانب التالية: أولاً، استكشاف طريقة جديدة لاستخدام الألياف المعاد تدويرها لإنتاج المواد المركبة؛ والثاني هو تحسين تفاعل الواجهة بين الألياف والمصفوفة. والثالث هو التحسين المستمر لعملية إعادة التدوير. وبالإضافة إلى ذلك، فإن تطوير المنتجات ذات القيمة المضافة مثل الأقمشة غير المنسوجة والخيوط ذات الألياف المعاد تدويرها كمواد خام يعد أيضًا اتجاهًا رئيسيًا في المستقبل. بالنسبة لمعالجة نفايات ألياف الكربون الجافة، يُظهر تطوير الخيوط المخلوطة والأقمشة غير المنسوجة آفاقًا جيدة، لكن تحسين الخواص الميكانيكية للمنتجات لا يزال يمثل تحديًا كبيرًا.

 

باختصار، يمر مجال إعادة تدوير المنتجات المعتمدة على ألياف الكربون بمرحلة تطور سريع، وسيلعب دورًا رئيسيًا في تعزيز إنشاء نهج الاقتصاد الدائري عالي التقنية للألياف. ولذلك، هناك حاجة إلى مزيد من الأبحاث في المستقبل لتحسين جودة الألياف وتقليل التأثير البيئي السلبي لعملية إعادة التدوير

 

بريد إلكتروني

Amy2289@jiutaimould.com

هاتف/واتس اب

+8613506862289

فاكس

+86-576-84217327

عنوان

رقم 23، طريق هويمينغ، المنطقة الصناعية الشمالية، هوانغيان، تايتشو، تشجيانغ، الصين