Учените оптимизират рециклирането на въглеродни влакна

Черни въглеродни влакна.

През последните години се наблюдава засилен фокус върху кръговата икономика и повишено търсене на продукти от рециклируеми материали, които могат да бъдат рециклирани много пъти, преди да започнат да се износват.
Такъв е случаят с композитите, подсилени с въглеродни влакна (CFRP), небиоразграждащи се материали, за които досега нямаше жизнеспособен метод за рециклиране.

Композитите CRFP имат широко разпространение и присъстват в продукти като вятърни турбини, самолетни части, автомобили, кораби, както и в ежедневни технологии като лаптопи и мобилни телефони. Те обикновено се изхвърлят в депа или чрез изгаряне, което представлява значителна заплаха както за околната среда, така и за общественото здраве.

По-голямата част от съществуващите методи за рециклиране също причиняват значително намаляване на механичните и физичните свойства на възстановения материал, отслабвайки неговата основна функционалност.
Сега обаче изследователи от Университета в Сидни са разработили оптимизиран метод за рециклиране на CFRP композити, като същевременно запазват 90 процента от първоначалната им якост.

„В световен мащаб и в Австралия имаше подход към по-добри процеси на рециклиране, но често съществува убеждението, че даден материал може да бъде рециклиран безкрайно много пъти – това просто не е така. Повечето процеси на рециклиране намаляват механичните или физическите свойства на материалите“, казва водещият изследовател на проучването д-р Али Хадиге от Университета в Сидни.


РЕКЛАМА:

***

„Досега беше невъзможно непрекъснато да се рециклират продукти, изработени от въглеродни влакна. Като се има предвид, че повечето рециклиране включва раздробяване, рязане или смилане, влакната се износват, намалявайки жизнеспособността на бъдещия продукт“, обяснява д-р Хадиге. „Това представлява огромно предизвикателство и заплаха за нашата околна среда, тъй като е довело до производството на необработени въглеродни влакна, които допринасят значително за емисиите на парникови газове. За да се преборим с този проблем и за да подкрепим истинска кръгова икономика, разработихме ефикасен и рентабилен метод за рециклиране на въглеродни влакна, който присъства във всякакви видове продукти от таблети до BMW.“

За целта те използват двуфазен, оптимизиран процес. Първата стъпка от него се нарича пиролиза, която разгражда даден материал с помощта на топлина, но значително овъглява материалите, което му пречи да развие добра връзка със смолиста матрица. Втория процес, окисляване, използва високи температури за отстраняване на този въглен.
Процесите на пиролизата и окисляването вече се използват от известно време, но не са достатъчни за запазване на въглеродните влакна. За да се гарантира висококачествено възстановяване и икономическа ефективност, термичното разлагане на CFRP трябва да се ръководи чрез анализ на енергията, необходима за иницииране на химична реакция в композицията и отделяне на въглеродните влакна от околната смолиста матрица.

„Това, което прави метода ни толкова успешен е, че сме добавили специфични параметри – като температура, скорост на нагряване, атмосфера или време, прекарано в окисляване и нагряване – които запазват функционалността на въглеродните влакна. Започнахме проекта с цел производството на висококачествени, евтини структурни материали, изработени от рециклирани композити от въглеродни влакна, за използване в индустрии от космическата и автомобилната индустрия до спортни стоки, възобновяема енергия и строителство.“ – допълва той.

През 2010 г. глобалното производство на подсилени с влакна полимери (FRP) е приблизително 6 милиона тона с прогнозен ръст от 300 процента през следващото десетилетие. С тази прогноза потреблението на FRP ще надхвърли 18 милиона тона до 2025 г., като стойността на крайния продукт ще е 80 милиарда австралийски долара.

“Австралийският национален доклад за отпадъците за 2016 г. заключава, че използването на композитни материали създава бъдещи предизвикателства пред рециклирането. Или иначе казано, ако не разработим продуктивни и икономически ефективни методи за рециклиране на композити от въглеродни влакна, рискуваме да навредим значително на околната среда“, предупреждава д-р Хадиге.

В момента САЩ, Япония и Китай са световните лидери в производството на въглеродни влакна. Изследователите се надяват да увеличат капацитета на австралийската индустрия и да работят съвместно както с производители на вятърни турбини и търговски самолети, спортни стоки, така и със строителната, автомобилната и корабостроителната индустрия.

Източник: ScienceDaily
Превод: Радослав Тодоров

Тази статия е част от Специалния брой „Зелени технологии“


Европейска нощ на учените 2022 г.: