یک مطالعه امکان سنجی فنی درباره بازیابی فیبرکربن از کامپوزیتهای پلیمری نتایج مهمی را برای صنعت پلیمر داشت.

مطالعه امکان سنجی فنی در صنایع پلیمر و پایین دستی پتروشیمی ها، مطالعاتی علمی و دقیق هستند. این مطالعات می تواند روش فنی انجام کارها در یک فرآیند تولید را مشخص کند یا تغییر دهد.

در این مطلب از مهندسین مشاور نوآوران هم اندیش طرح و توسعه، درباره مطالعه امکان سنجی فنی که درباره گرمایش مایکروویو به عنوان وسیله ای برای بازیابی فیبر کربن از کامپوزیت های پلیمری، انجام شده است، خلاصه ای بیان می شود.

مقدمات مطالعات امکان سنجی فنی

کامپوزیت‌های فیبر کربنی با ماتریس رزین اپوکسی به منظور تبخیر کردن محتوای پلیمر و تولید الیاف تمیز برای استفاده مجدد بالقوه در کاربردهای با درجه بالا، تحت آزمایش‌های حرارتی مایکروویو قرار گرفتند. کامپوزیت ها در 3 کیلووات به مدت 8 ثانیه در یک اپلیکاتور مایکروویو چند حالته پردازش شدند. الیاف بازیابی شده با آزمایش کشش و میکروسکوپ الکترونی مشخص شدند. نتایج به طور مطلوب با خواص فیبر بکر مقایسه می شود.

اهمیت کامپوزیتهای پلیمری در صنعت

مواد کامپوزیت پلیمری همچنان به هجوم های جدیدی به صنایع تحت سلطه فلزات قبلی مانند بخش های حمل و نقل ادامه می دهند و هر سال حدود 6 میلیون تن محصول نهایی را تشکیل می دهند. در حالی که محصولات تقویت شده با الیاف شیشه غالب هستند (مصرف الیاف شیشه در اروپا بیش از 100000 تن در سال است ، مصرف فیبر کربن در حدود 3000 تن در سال است و 10 درصد در سال در اروپا افزایش می یابد، تا حد زیادی با کاهش قیمت فیبر تحریک شده است.

در نتیجه، کاربران جدید این مواد شامل جریان اصلی خودروسازی و صنایع ساختمانی می‌شوند – گروه‌هایی که تاکنون به دلیل هزینه‌های مواد 150 یورو به ازای هر کیلوگرم یا حدوداً آن‌ها منصرف شده‌اند.

اهمیت بازیافت فیبرکربن در بازار امروز

با افزایش حجم استفاده از فیبر کربن و با درگیر شدن اپراتورهای تولید انبوه، پتانسیل بازیافت این مواد دشوار حیاتی می شود. بازار در حال حاضر تحت تسلط کامپوزیت‌های گرماسخت است و از آنجایی که این کامپوزیت‌ها به طور معمول نمی‌توانند مستقیماً مجدداً استفاده شوند، ارزش تجاری اصلی در بازیابی الیاف مدول بالا نهفته است.

هزینه های فیبر دست اول به میزان قابل توجهی با درجه، تامین کننده و حجم فروش متفاوت است، اما 6000-7000 پوند در هر تن نشان دهنده یک شاخص معقول برای الیاف “گرید صنعتی” است.

منطقی است که تصور کنیم که اگر بتوان الیاف طولانی و تمیز را از ضایعات فرآیند یا اجزای پایان عمر بازیابی کرد، بخش قابل توجهی از این مقدار می تواند محقق شود. با این حال، مشکل اصلی در حفظ طول فیبر نهفته است. محصولات الیاف آسیاب شده به راحتی در بازار در دسترس هستند و ارزش ذاتی کمی دارند و از ضایعات آسیاب با هزینه بسیار کم تولید می شوند.

از آنجایی که حدود 40 درصد از الیاف بلند، مواد ورق از قبل آغشته شده (“پیش بارگیری”) به عنوان برش در طول ساخت هدر می رود، این نشان دهنده یک جریان بازیافت بالقوه بزرگ با پتانسیل برای بازیابی ارزش قابل توجه است. قانون فعلی و قریب الوقوع انگیزه بیشتری را فراهم می کند. افزایش مالیات محل دفن زباله و دستورالعمل های اتحادیه اروپا، وسایل نقلیه پایان عمر به این معنی است که سناریوهای دفع جایگزین به فوریت مورد نیاز است.

فناوریهای بازیافت الیاف کربن

فناوری‌های بالقوه شناسایی‌شده برای بازیافت الیاف کربن از کامپوزیت‌ها شامل تبدیل کاتالیزوری، پردازش بستر سیال و تبدیل به گاز معکوس است. فرآیند تبدیل کاتالیزوری یک فرآیند پیرولیز در دمای پایین در حضور کاتالیزور است. در این شرایط، گزارش شده است که پلیمر را می توان در دمای 200 درجه سانتی گراد از الیاف حذف کرد و می تواند به عنوان هیدروکربن هایی که ممکن است برای استفاده به عنوان مواد شیمیایی یا سوخت مناسب باشند، بازیابی شود.

الیاف به طور کلی تمیز هستند اما مقدار کمی از رزین یا زغال سنگ به خصوص زمانی که الیاف کربن به شکل بافته شده باشند باقی می ماند. در فرآیند گازی شدن معکوس، ضایعات در حضور مقدار محدودی اکسیژن گرم می شوند. پلیمر به روغن‌ها و گازهای هیدروکربنی با زنجیره پایین‌تر تبدیل می‌شود و در بهترین آزمایش‌ها، تنها 2 درصد رزین روی الیاف باقی می‌ماند.

در فرآیند بستر سیال، قراضه در دمای تا 550 درجه سانتیگراد در بستر سیال در حضور هوا گرم می شود. رزین به طور کامل حذف می شود و الیاف بسیار تمیز بازیابی می شوند. با این حال، پلیمر در این فرآیند به طور کامل اکسید می شود و فقط ارزش انرژی را می توان بازیابی کرد. هدف اصلی همه این تحقیقات دیگر بازیابی الیاف کربن با کیفیت بالا است زیرا این الیاف به طور بالقوه دارای بیشترین ارزش تجاری هستند.

روش توصیف شده در این مقاله به پتانسیل بازیافت پلیمر و الیاف کربن با استفاده از انرژی مایکروویو مربوط می شود. با حرارت دادن مستقیم الیاف از طریق استفاده از امواج مایکروویو، پتانسیل کاهش انرژی ورودی به فرآیند در مقایسه با سایر فرآیندها وجود دارد. همچنین امکان تولید الیاف تمیز با کیفیت بالا و بازیابی محصولات شیمیایی با ارزش، به جای انرژی، از پلیمر زمانی که پردازش در یک جو بی اثر انجام می شود، وجود دارد.

انجام امکان سنجی فنی در این مطالعه

مواد پیش آماده سازی فیبر کربن یک ماده پخته شده و یک طرفه شامل الیاف Grafil 34-700 و رزین اپوکسی LTM26EL بود که توسط Advanced Composite Group، Heanor، انگلستان عرضه شد.

محتوای الیاف اسمی 62 درصد وزنی بود. این ماده پیش آماده سازی نمونه ای از کامپوزیت های فیبر کربنی است که به طور گسترده در صنایع هوافضا و خودروهای تخصصی استفاده می شود. در حین ساخت، حدود 30 درصد از مواد به صورت برش هدر می رود و در حال حاضر، این زباله ها باید دفن شوند زیرا بازیافتی وجود ندارد.

تجزیه و تحلیل حرارتی

پس از تجزیه و تحلیل حرارتی (TGA) برای الیاف کامپوزیت، نتایج نشان دهنده آن است که فیبر بکر همچنان بازیافت نشده اند. کامپوزیت الیاف بازیافت نشده تقریباً 40٪ پلیمر بر اساس وزنی بود، در حالی که الیاف بکر کمتر از 1٪ (وزنی/وزنی) پلیمر بود. حرارت دادن مایکروویو باعث کاهش محتوای پلیمر به 2.8 درصد پلیمر شد. پلیمر تبخیر شده در حین حرارت دادن مایکروویو هنگام عبور از ظرف از طریق ظروف شیشه ای و از طریق تله قیر قابل مشاهده بود.

نتیجه نهایی مطالعات امکان سنجی فنی

نتایج مطالعات امکان سنجی فنی اولیه تایید کرد که پلیمر می تواند از الیاف کربن در یک حفره مایکروویو چند حالته جدا شود. این تکنیک ممکن است یک مسیر مفید برای بازیابی الیاف بلند همراه با بخار پلیمری پیرولیز شده ارائه دهد.

الیاف بازیابی شده در اینجا نسبتاً تمیز بودند، اگرچه برخی تغییرات کوچک در توپولوژی سطح پس از پردازش مشهود بود. حفظ استحکام الیاف دلگرم کننده و برتر از آن چیزی بود که در یک فرآیند بازیابی موجود بر اساس بستر سیال اندازه گیری شد.

در صورتی که این مطلب از نوآوران هم اندیش طرح و توسعه برای شما مفید بود لطفا آن را در شبکه های اجتماعی همرسانی کنید.