Süsinikkiust komposiitmaterjalide ringlussevõtu tehnoloogia: materjalide ringlussevõtu uue ajastu juht
Nov 05, 2024
Süsinikkiudkomposiite (CFRP) on laialdaselt kasutatud kosmose-, auto- ja tuuleenergiatööstuses nende suurepäraste omaduste tõttu, nagu korrosioonikindlus, väsimuskindlus, kõrge eritugevus ja erimoodul ning hea disainitavus. Suur hulk termoreaktiivsete süsinikkiust komposiitmaterjalide jäätmeid ei hõivata aga mitte ainult tööstusmaad, vaid ka tolmutab keskkonda, mistõttu on selle ringlussevõtu tehnoloogiast saanud nii kodu- kui ka välismaal uurimistöö koht.
1.Süsinikkiust komposiitmaterjalide ringlussevõtu tehnoloogia
Süsinikkiudkomposiite (CFRP) on laialdaselt kasutatud kosmose-, auto- ja tuuleenergiatööstuses nende suurepäraste omaduste tõttu, nagu korrosioonikindlus, väsimuskindlus, kõrge eritugevus ja erimoodul ning hea disainitavus. Suur hulk termoreaktiivsete süsinikkiust komposiitmaterjalide jäätmeid ei hõivata aga mitte ainult tööstusmaad, vaid ka tolmutab keskkonda, mistõttu on selle ringlussevõtu tehnoloogiast saanud nii kodu- kui ka välismaal uurimistöö koht.
CFRP taaskasutamise tehnoloogia jaguneb peamiselt mehaaniliseks taaskasutamiseks, pürolüüsi taaskasutamiseks, keemiliseks taaskasutamiseks ja mõneks muuks taaskasutamismeetodiks. CFRP ringlussevõtu tehnoloogia areng ning eelised ja puudused on näidatud joonisel 1.
2.CF Uus melioratsioonipoliitika
Lisaks CFRP jäätmetele on teine levinud jäätmeliik tootmisetapis toodetud kuivkiud. Need kiudjäätmed pärinevad peamiselt jääkidest, pooli otstest ja osalise jaotuse servadest. Kuivad kiud moodustavad hinnanguliselt umbes 40% kogu CF-jäätmetest. Kuna need ei ole veel polümeermaatriksisse sisestatud, on kuivadel kiududel samad omadused kui vCF-l. Arvestades selle suure hulga väärtuslike jäätmete tootmist, töötavad teadlased aktiivselt uudsete ringlussevõtustrateegiate väljatöötamise nimel, sealhulgas, kuid mitte ainult, CF lõngaks ketramine, lausriide tootmine ning ringlussevõetud CF ja loodusliku CF segu kasutamine mittematerjali tootmiseks. -krump-prepreg kangad.
1) RCF-l põhinev segatud lõng
Konkreetsetes raamitingimustes kuumutati materjali temperatuurini 280 kraadi C ja hoiti 30 minutit, et vajalik komposiitmaterjal edukalt ette valmistada. Uuringud on näidanud, et õhusegamise etapp segamisprotsessis parandab tõhusalt lõnga ja lõnga ühtlust. Kuid see segamisprotsess põhjustab ka süsinikkiule (CF) suuremat kahju, kuna CF kogupikkus lõngas väheneb. Lõnga mehaaniliste omaduste põhjalik analüüs näitas, et ilma õhusegamiseta lõngad näitasid suuremat sitkust, peamiselt tänu katkenud kiudude arvu vähenemisele ja kiu üldpikkuse säilimisele valmistamise ajal. Edasised uuringud näitavad, et kiu esialgne pikkus avaldab ebasoodsat mõju lõnga omadustele, kuna see on otseselt seotud kiu lõpliku pikkusega pärast töötlemist lõnga struktuuris. Täpsemalt, 80 mm CF-ga valmistatud lõngadel on pikim keskmine kiu pikkus, mis annab neile suurepärase sitkuse. Samamoodi on 80 mm CF-st ja PA6-st valmistatud ühesuunalise (UD) komposiidi tõmbetugevus kuni 800 mpa, mis on ettevalmistatud lõngade klassi parim jõudlus.
Hengstermann et al. uuris põhjalikult esialgse kiu pikkuse ja segamissuhte mõju lõnga omadustele ja omadustele pärast kraasimist. Reguleerides kraasimismasina parameetreid, sealhulgas kraasimisrullikute kaugust ja nõela suurust, segasid nad käsitsi CF ja PA6 kiud kahes pikkuses 40 mm ja 60 mm vastavalt mahusuhtele 30%, 50% ja 70 %. Pärast kraasimist töödeldakse CF/PA6 kiudvõrguga sellist protsessi nagu kombineerimine ja lendava turbiiniga ketramine, et lõpuks saada segalõng. Töötlemisprotsessis on CF võimaliku kahjustuse vähendamiseks vaja peenhäälestada ka tõmbe- ja tsentrifuugimise parameetreid, nagu etteandekiirus, tõmbeaste, rulli materjal ja keerdude arv. Tulemused näitavad, et nii kiu algsel pikkusel kui ka CF-sisaldusel on oluline mõju kraasimisvõrgu, -lõnga ja -lõnga lõppomadustele. Pikema CF-ga lõngadel on parem joondus, väiksem karvasus, suurem sitkus ja väiksem pikenemine kui 40 mm CF-ga valmistatud lõngad.
See on peamiselt tingitud asjaolust, et pikemad kiud on kraasimisel kergemini joondatud ning kahjustuste ja kadude määr on väiksem. Lisaks soodustab pikema CF olemasolu lõngas ja PA6 mahu suurenemine kiudude omavahelist sidusust ja parandab snittide ketramise kvaliteeti. Samuti on leitud, et CF-i orientatsioon lõngas, CF-i pikkus ja lõnga keerdumine avaldavad positiivset mõju UD-komposiidi lõplikule tõmbetugevusele. Üldiselt näitavad kiu pikkus ja lõnga keerdumine pöördvõrdelist seost väljatöötatud komposiidi üldise tugevusega, peamiselt nende mõju tõttu lõplikule CF-sisaldusele ja komposiidi pikkusele, samuti polümeeri läbitungimise reguleerimisele kuumpressimise ajal.
Joonis 2: kraasimisprotsess rCF/PA6 segu valmistamiseks
Et vähendada süsinikkiu (CF) edasist kahjustamist ketramise ajal, on Xiao et al. teatage lukustatud võrguga süsinikkiuga tugevdatud termoplasti (CWT) lehe väljatöötamisest, mida saab otse Mosaici protsessile rakendada. Strateegia hõlmab 60 mm pikkuste CF-jäätmete segamist südamiku ja kesta struktuuriga polüamiidkiuga (PA), mille kest koosneb polüamiid 6 (PA6) -polüetüleen (sulamistemperatuur 136 °C) kopolümeerist ja südamiku materjal on polüamiid 66 (PA66). Segamisprotsessis jagatakse CF- ja PA-kiudude segu CF-mahuosaga 20%, 30% ja 40% ning seejärel kammitakse kammimisvõrgu moodustamiseks. Temperatuuril 110 kraadi C stabiliseeritakse kraasimisvõrk tõmbe- ja kalandeerimisprotsessidega, mille käigus sulatatakse maatriks-PA-kiu välimine kiht, et moodustada kiudvõrgus teatud kleepstruktuur ja lõpuks valmistatakse CWT-leht. Eelkõige mängis venitusprotsess (30-60%) võtmerolli lühikese kiu CF paremas joondamises CW-T lehel. Rõhutingimustel 280 kraadi ja 5-9 MPa kasutatakse väljatöötatud lehte paneelide vormimiseks survevormimismeetodil. Kokkusurutud lehe tõmbemoodul on koguni 45,6 GPa. CF sisalduse suurendamine CWT-s parandab tõmbetugevust ja mooduli taset ning tõmbesuhte suurendamine aitab parandada ka põhipikisuunalise tõmbetugevust.
2) RCF-põhised lausriie ja prepregmaterjalid
Teine tõhus viis süsinikkiujäätmete ringlussevõtuks on selle rakendamine mittekootud kangaste võrkude tootmisel, mis näitab suurt potentsiaali süsinikkiujäätmete ringlussevõtuks kõrge lisandväärtusega toodetes. Ühendkuningriigis asuv EGL Carbon Fiber on edukalt industrialiseerinud ja optimeerinud 250-tonnise aastase tootmisvõimsusega rCF lausvildi tootmist mitmesugusteks rakendusteks autotööstuses.
3.Kokkuvõte ja tulevikuväljavaade
Käesolevas artiklis vaadeldakse süsinikkiuga tugevdatud komposiidi (CFRC) ringlussevõtu meetodeid ja käsitletakse põhjalikult kuivtootmise käigus tekkivate süsinikkiujäätmete töötlemisstrateegiaid. Sellest lähtuvalt on pürolüüsi- ja töötlemistehnoloogia oma tööstusliku kasutuspotentsiaali tõttu äratanud palju tähelepanu. Praegused uuringud on siiski pühendunud ringlussevõetud kiudude jõudluse parandamisele ja püüavad omada omadusi, mis võivad olla lõpmatult lähedased algsele süsinikkiule.
Tulevased uuringud peaksid keskenduma järgmistele aspektidele: Esiteks uurige uut meetodit ringlussevõetud kiudude kasutamiseks komposiitmaterjalide tootmiseks; Teine eesmärk on optimeerida kiu ja maatriksi vahelise liidese interaktsiooni. Kolmas on taaskasutusprotsessi pidev täiustamine. Lisaks on tuleviku võtmesuund ka lisandväärtusega toodete, nagu lausriie ja ringlussevõetud kiudude toorainena lõngade arendamine. Kuiva süsinikkiu jäätmete töötlemisel on segalõngade ja lausriide arendamine häid väljavaateid, kuid toodete mehaaniliste omaduste parandamine on endiselt suur väljakutse.
Kokkuvõttes on süsinikkiul põhinevate toodete ringlussevõtu valdkond kiire arengu faasis ning sellel on võtmeroll kõrgtehnoloogilise kiudringmajanduse lähenemise edendamisel. Seetõttu on tulevikus vaja rohkem uuringuid, et parandada kiu kvaliteeti ja vähendada ringlussevõtu protsessi negatiivset keskkonnamõju
Meil
Amy2289@jiutaimould.com
Telefon/Whatsapp
+8613506862289
Faks
+86-576-84217327
Aadress
Nr.23, Huiming Road, Põhja tööstustsoon, Huangyan, Taizhou, Zhejiang, Hiina