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再生碳纤维现状:航空工业能否实现闭环?
发布日期:2020-03-24  来源:PT现代塑料  浏览次数:385
 
航空工业产生的碳纤维废料最多,同时,再生碳纤维的商业供应商通常将航空工业看作是获取回收材料的来源。

将多余的材料,通常为未固化的热固性复合材料预浸料收集起来,采用加热(热解)或化学溶剂(溶解)的方法去除树脂,可以获得纤维,然后对其进行碾碎、切碎或造粒。

随着该行业越来越多地使用热塑性复合材料,为回收利用提供了一系列的新机会。

由于热塑性聚合物可以重新熔化、成型,因此航空工业有更多的机会将其自身产生的废料重新吸入到二次应用之中——纤维和基体树脂都有可能重新得到利用。

位于荷兰Enschede的热塑性复合材料应用中心(简称TPAC)与当地的热塑性塑料研究中心(简称TPRC)在应用研究的层面展开了合作,TPAC的研究员Thomas de Bruijn指出,该行业内部的努力在于内部回收利用这种材料。

“从可行性的角度看,对热塑性复合材料的回收利用,采用内部的方法更有意义。”他说道。

根据Thomas de Bruijn的说法,飞机OEMs更有可能内部回收而不是求助于再生碳纤维的商业供应商,其主要原因是具有可追溯性。

否则,要想将聚合物类型与既定的应用相匹配,会变得更加困难。

荷兰GKN Fokker公司的工程压力专家Johan Meuzelaar 认为,应尽可能多地在你自己的生产环境中找到可能的应用。

“看看我们用原生材料制成的热塑性塑料部件的类型就可以发现,其中的许多部件,可以使用回收材料。”他说,“我们肯定会用掉我们产生的大量废料。

“我们已经有了设施。”TPRC的热塑性复合材料工程师 Guillaume Vincent补充道,内部回收适合在正常的工艺链中进行,而且大部分设备已经就位,从而成为最经济实惠的途径。


TPC-Cycle回收路线(图片来自TPRC和TPAC)

De Bruijn、Vincent和Meuzelaar参与了由TPAC和TPRC运营的TPC-Cycle项目。

该项目旨在将热塑性复合材料加工中产生的生产废料重新用于航空和高产量应用领域,目标是以可承受的成本保持热塑性复合材料的高力学性能,并减少对环境的总体影响。

TPC-Cycle工艺循环时间短,据说能实现复杂形状的生产。
采用TPC-Cycle工艺开发的旋翼机示教器检修面板(图片来自TPRC、TPAC和GKN Fokker)

从材料、制造、设计到应用,代表价值链不同部分的几家行业合作伙伴,包括GKN Fokker、东丽先进复合材料公司(美国加利福尼亚州摩根山以及荷兰Nijverdal)、荷兰Cato Composite Innovations公司、荷兰Dutch Thermoplastic Components公司以及荷兰Nido RecyclingTechniek公司,都参与了TPC-Cycle项目。

据de Bruijn介绍,TPC-Cycle项目正在研究完成成本分析和生命周期分析,以证明该工艺在经济上是合算的。

此外,诸如Clean Sky 2 Joint Undertaking(由欧盟Horizon 2020计划资助)之类的项目,正在鼓励研发人员关注对航空废料的闭环利用。

OEMs正在寻求“将回收的工厂废料用于内饰部件、检修面板、小型部件甚至机身夹和系统支架”的潜在机遇。

通过在Clean Sky 2项目下发起有关机身夹和支架的征集提案,GKN Fokker公司负责开发热塑性多功能机身演示器下半部分的项目经理Bas Veldman博士正在培育这种观念。

开发演示器的一个重要因素是,通过将工厂产生的废料用于框架夹和支架等产品来减少对环境的影响。

该演示器还将用焊接取代紧固件,以节省材料、能源和成本,同时还有助于减重。

据Meuzelaar介绍,GKN Fokker公司正在研究如何使回收技术可以成为该公司未来机身概念的一部分。他说,这个概念可能会用到很多的热塑性复合材料, 而这又会产生大量的废料,这些废料可被回收用于支架、配件和非结构件。

“考虑热塑性塑料机身的原因是成本,我们认为这是一种经济的生产方法,也包括回收利用。”他表示。

Meuzelaar表示,高水平的目标是在航空领域制造更经济实惠、更可持续的产品。

在采用热塑性塑料向批量化生产迈进的同时,也会产生废料,但他确信,废料可以得到商业应用,并表示,由回收碳纤维增强的低剪切混合、可模压成型的热塑性复合材料提供了采用连续纤维的传统层压板所不能提供的设计自由度。

他解释说:“你还有很多选择来制造非常有趣的非结构部件,如航空用面板、小整流罩或系统支架等,就所使用的材料、合金及生产系统而言,它们往往是过设计的。”

他确信,机遇主要在于中等尺寸和中等复杂程度的非结构部件,它们仍然是构成较大部件总成本的重要组成部分。

“虽然在不久的将来,我们还不会用回收的热塑性塑料制造机翼,但在机翼内部,我们可以低成本地制造一些部件。”Meuzelaar表示。

所有这些都表明,预测热塑性复合材料对回收行业的影响还有些遥远。

“基于新的生产方法,如带材铺放或订制坯料,废料的百分比可能会降低,相比目前我们所见的典型的套料和冲压成型工艺,这可能会减少废料。”de Bruijn 说道,“但总体来说我认为,未来会有更多的热塑性废料。” 虽然人们对内部回收利用的兴趣在提升,但总有一些废料是不可用的,制造商将不愿意或不能进行内部回收。

在这种情况下,可以由材料供应商来回收这些材料。

时间会告诉我们,增加使用热塑性复合材料,这对供应链意味着什么。

 
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