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Reciclaje de la fibra del carbón para los usos estructurales

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Tassilo Witte, investigador en el centro de tecnología compuesto (adaptador de canal a canal, Stade, Alemania), ha estado trabajando con el reciclaje y CarboNXT del valle de CFK GmbH (Wischhafen, Alemania) con la meta de desarrollar los materiales reciclados de la fibra del carbón para los usos de los aviones, específicamente demostración de un panel interior completo del flanco.

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Caracterizar fibras reclamadas

¿? ¿Pienso que el funcionamiento mecánico todavía no está sabido muy bien? Contestaciones de Witte cuando está preguntado porqué más surtidores de las esteras y de los compuestos tajados de la fibra no están utilizando fibras reclamadas. ¿? ¿Por ejemplo, todavía nos estamos preguntando cuál es el factor exacto de la precipitación? ¿él continúa? ¿y las características exactas varían con cada tipo de proceso y los parámetros.?

Los surtidores comerciales de RCF dicen que sus productos tienen una gama especificada de características. ¿? ¿Pero eso tiene que también ser desarrollada en un sistema de características compuestas? Witte afirma. Él describe cómo el adaptador de canal a canal está trabajando para hacer esto, comenzando primero con la salida del reciclaje del valle de CFK de proceso y de realizar una batería llena de prueba mecánica (e.g., extensible, compresivo, flexural, etc.) en el filamento, después el paquete del filamento, el laminado monolítico, el laminado del emparedado y componentes finalmente pequeños y completos. ¿? ¿Éste es tan el acercamiento clásico de la pirámide de la prueba usado en aviones porque caracteriza un material de modo que los ingenieros puedan entonces diseñar con él.?

¿Adaptador de canal a canal está realizando una batería llena de prueba mecánica? ¿del filamento a laminar a los componentes completos? para desarrollar características de RCF en las características compuestas que los ingenieros aeroespaciales pueden utilizar para diseñar interiores de los aviones y potencialmente otras estructuras secundarias.

FUENTE: ¿Presentación del adaptador de canal a canal en la convención del valle de 2014 CFK? ¿Fibras recicladas del carbón y el desarrollo de los productos semielaborados para los interiores de los aviones.?

Witte ha presentado algunos resultados dominantes de la prueba hasta la fecha. Los laminados del compuesto hechos con la estera/el velo no tejido y la resina de epoxy demostraron que los materiales de RCF sobrepasaron ésos hicieron con las fibras virginales del E-vidrio para la mayoría de los casos de la carga. El módulo extensible para un laminado del velo del volumen RCF de la fibra del 20% era igual que un laminado virginal de la fibra de vidrio del volumen de la fibra del 50% (véase el círculo rojo y anaranjado abajo).

Witte concluye que las piezas no tejidas de RCF pueden competir directamente con los materiales de la fibra de vidrio mientras que ofrecen ahorros significativos del peso. Sin embargo, la prueba de RCF combinó con las resinas thermoset también demostró las retiradas significativas de la fibra, implicando el acoplador fiber-matrix reducido. Así, Witte advierte que el tratamiento superficial apropiado de los materiales de RCF es esencial para los usos thermoset. La prueba del CarboNXT RCF con las matrices termoplásticas, sin embargo, demostró la adherencia superior. Tim Rademacker, el director de gerente en el valle de CFK que recicla y CarboNXT explica que la pirolisis consume los aprestos de la fibra, así que éstos se deben reaplicar antes de la reutilización, y que sus productos se pueden hacer con los aprestos adaptados para las resinas termoplásticas thermoset o específicas de la matriz para la vinculación creciente de la fibra-a-resina.

Otro encontrar de la llave es que el volumen máximo de la fibra (vf), para ahora, está limitado hasta el 30% o el 35%. ¿? ¿Allí es un límite al volumen de la fibra posible para cada longitud de la fibra? dice Witte. ¿? ¿En presionar los laminados del plano, si usted condensa sobre ése [intentando agregar más fibra] usted acorta realmente la longitud media de la fibra, porque machacan y se hacen fragmentos.? Él no ve esto como obstáculo necesariamente, porque el vf del 40% es típico de los materiales de los interiores de los aviones hoy, observando esto es típicamente S2 el vidrio, no fibra del carbón. ¿Él continúa? Los materiales con el vf del 35% usando los CF tajados tienen incluso mejores características. ¿Los materiales con un alto vf, tal como 60%, se utilizan solamente para el fuselage de aviones y las estructuras de ala, por ejemplo.?

Pasado, Witte se relaciona que los primeros ensayos de los laminados no tejidos de RCF hechos usando el moldeado de transferencia de resina (RTM) han demostrado poca variación en funcionamiento total, aunque los orígenes de la fibra varían. El progreso está en la pista para construir y para probar flancos completos antes de 2016. ¿? ¿Allí ahora es una oportunidad realista de poner nuestro material en un avión uso interior? ¿dice Rademacker? ¿Pero si usted hubiera pedido cualquier persona hace tres años, habrían dicho que no se utilizaría ninguna fibra reciclada manera del carbón en aviones.?

Reclamar la fibra continua del carbón

Tassilo Witte apenas no está trabajando con la fibra tajada, sino también ha recibido una patente para reclamar la fibra continua de una estructura compuesta de la herida, inspirada por la oportunidad de reciclar millones de los tanques compuestos. La firma de estudios de mercado Lucintel (Irving, TX, los E.E.U.U.) estima que los 374.000 tanques comprimidos compuestos del gas natural (CNG) están producidos anualmente para la industria del automóvil global y pronostica una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) de 10.4% para alcanzar 613.000 units/yr antes de 2019.

¿? ¿Un tanque de presión de herida del filamento es una de las pocas piezas compuestas donde está accesible y evidente la fibra continua? explica Witte. En su método, el recipiente compuesto del conjunto está descompuesto al calor en un compartimiento, con la fibra estabilizada por el trazador de líneas del metal adentro. ¿? ¿El recipiente entonces se quita y se desenrolla el refuerzo, produciendo una fibra continua más o menos el igual que antes de la impregnación, de la bobina y del moldeado de la resina? ¿con el 90% de las características contra fibra virginal? dice Witte. Él ve una oportunidad incluso más grande si la industria automotriz decide utilizar el combustible del hidrógeno, y así los muchos más tanques compuestos.

El proceso de la solubilización que es convertido por el Dr. Heinrich Zeininger en la tecnología corporativa de Siemens (Hamburgo, Alemania) también intenta mantener fibras recicladas del carbón continuas. El proceso pendiente de la patente calienta el componente del CFRP bajo presión a 200°C, convirtiendo la resina en los alcoholes solubles de poco peso molecular con la ayuda del agua. Según se informa, no se utiliza ningunos solventes ambientalmente dañinos, y como pirolisis, el proceso requiere mucho menos energía contra nuevas fibras de la fabricación. Zeininger divulga que la tela tejida se puede recuperar con armadura y fibra intacto. Zeininger desarrolló este proceso como parte del carbón del AMI que reciclaba iniciativa, con los socios Alemania-basados incluyendo Audi (Ingolstadt), el carbón de BMW (Munich), de SGL (Wiesbaden), los compuestos de Voith (bei München de Garching) y el productor Neenah-Gessner (Bruckmühl) de los papeles técnicos. ¿En Siemens? ¿Los cuadros del compartimiento futuro, Zeininger explican que el reciclaje es siempre una parte necesaria de nuevo desarrollo de productos y? ¿Los materiales fiber-reinforced del carbón serán utilizados cada vez más por Siemens, por ejemplo, en motores y láminas de rotor.? Él dice que el desafío siguiente será integrar las telas reclamadas en nuevos componentes.

Siemens no es el primer, ni único grupo para perseguir la solubilización en el reciclaje del CFRP. La Pimenta y Silvestre Pinho, researcers de Soraia en la universidad imperial Londres, en el Reino Unido, terminaron una revisión de literatura cuidadosa en el CFRP que reciclaba operaciones, que fue publicado por Elsevier en la gestión de desechos del diario, 2011, págs. 378-392. Esta información se ha puesto al día y se ha incluido en el Ch. ¿19 de Elsevier? manual premiado de s del reciclaje. Los procesos de la solubilización repasados incluyen ésos usando los líquidos supercríticos (SCFs). Un SCF es una sustancia en una temperatura y una presión sobre su punto crítico, donde no existen las fases distintas del líquido y de gas. Así, puede penetrar los sólidos porosos como un gas, y disuelve los materiales orgánicos como un solvente líquido. SCFs reciclaba el CFRP incluye el agua, el metanol, el etanol, la acetona y el propanol. ¿La solubilización usando SCFs se reconoce para producir RCFs con casi ninguna degradación en características mecánicas (véase las barras para? ¿Producto químico? reciclando proceso abajo) y la recuperación de los compuestos de epoxy regenerables del prepolímero de la matriz.

Aunque mucho desarrollo de la solubilización ha estado en Europa, Japón también está persiguiendo esta tecnología. ¿El producto químico de Hitachi (Tokio, Japón), en su informe técnico No. 56 a partir del marzo de 2014, presenta una tabla de tecnologías de reciclaje químicas del CFRP en Japón (véase abajo) y después detalla su propio desarrollo del non-SCF, que utiliza el phospate tricálcico como un catalizador y alcohol bencílico como el solvente? ¿ambas son ingredientes alimentarios y caja fuerte según se informa aprobados para el contacto humano? en la presión ordinaria y 200°C.

Observe que pirolisis ocurre en 450°C a 700°C y otros métodos japoneses de la solubilización requieren 250°C a 700°C. Hitachi demostraron el proceso reciclando las raquetas del bádminton y de tenis del CFRP, estes último que contienen los CF del 50% por peso. Además de los CF y de GF, los marcos de aluminio y los apretones de madera también fueron recuperados que no es posible con pirolisis.

Las telas no tejidas entonces fueron producidas del RCF con un método seco usando una máquina de cardado o por un método mojado vía una prensa de planchar de papel. (El cardado desenreda y entremezcla fibras para producir una tela o una astilla continua conveniente para el proceso subsecuente. Por ejemplo, la lana se carda en primer lugar en la fabricación del hilado.) En el método de cardado, varias hojas finas de los CF fueron acodadas para formar la tela no tejida, que era entonces compresión moldeada, aunque la resina usada no fue especificada.

Los laminados resultantes fueron probados para las características extensibles y de dobleces y comparados al CFRP hecho de la estera no tejida virginal. Hitachi no observó ninguna diferencia significativa entre el RCFRP y el VCFRP. Notó características reducidas cuando el exceede contento el 25% de RCF por peso. Hitachi entonces determinó instalaciones y las condiciones de proceso requeridas para tratar 1.000, 2.000 y 17.000 raquetas/mes, incluyendo el consumo de energía que sumó 91, 78 y 63 MJ/kg respectivamente. Hitachi resumió que la energía requerida para recuperar los CF continuos más los prepolímeros de epoxy a partir de 17.000 raquetas/mes es menos de un cuarto de los 286 MJ/kg que calculaba para la producción virginal comparable de los CF.

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