Efnisupplýsingar
Kolefnistrefjar eru eins konar hástyrkur, hár-stuðull, mjúkur og vinnanlegur trefjarefni með framúrskarandi eðlis- og efnafræðilega eiginleika. Koltrefjastyrkt fjölliður / plast, CFRP hefur verið mikið notað í orkuaðstöðu, geimferðum, herbúnaði, járnbrautarflutningum og íþróttavörum. Heimseftirspurn eftir koltrefjum náði 107,000 tonnum árið 2020 og heldur áfram að vaxa. "2020 Global Carbon Fiber Composites Market Report" frá Guangzhou Saio spáði því að alþjóðleg eftirspurn eftir koltrefjum muni brjóta 200,000 tonn árið 2025.
Með aukinni notkun CFRP myndast sífellt meiri úrgangur við vinnslu, notkun og úrgang. Til dæmis hefur vindorkutækni verið kynnt hratt á undanförnum árum, en endingartími blaðanna er aðeins 20-30 ár. Árið 2030 munu fleygdu blöðin af CFRP vindorku ná tugum þúsunda tonna á ári. Í almenningsfluggeiranum verða næstum 8.500 flugvélar um allan heim látnar hætta störfum árið 2025 og endurvinnsla CFRP úrgangs úr líkama þeirra er áskorun. Með því að bæta umhverfisvitund fólks verða viðeigandi umhverfislög og reglur um förgun CFRP úrgangs sífellt strangari. Hvernig á að endurvinna koltrefjar á skilvirkan hátt til endurvinnslu er orðið heitt mál um þessar mundir.
Kvoða sem notað er við vinnslu CFRP er skipt í hitaþjálu plastefni og hitastillandi plastefni. Endurheimtaraðferð hitaþjálu plastefnisefnasamsetninga er einföld, en seigja hitaþjálu plastefnisins í bræðsluferlinu er mikil, viðloðun plastefnis á trefjayfirborðinu er léleg og viðmótseiginleiki samsetts efnis er lélegur, sem hefur áhrif á frammistöðu. af vörum. Sem stendur er CFRP fylkið aðallega hitastillandi plastefni, svo sem ómettað plastefni, fenól plastefni og epoxý plastefni. Eftir ráðstöfun mun hitastillandi plastefnið mynda þrívítt nettengda uppbyggingu, sem getur bætt eðliseiginleika CFRP samanborið við hitaþjálu plastefni.
CFRP bata tækni
Ekki er hægt að brjóta niður CFRP náttúrulega, brennsla eða urðun er snemmtæka meðferðaraðferðin, en CFRP úrgangsbrennsla mun framleiða mikinn fjölda eitraðra og skaðlegra lofttegunda og hafa áhrif á náttúrulegt umhverfi, á sama tíma mun úrgangsleifar úrgangsbrennslu einnig valda jarðvegi afleidd mengun; Urðunarmeðferð á CFRP úrgangi mun menga jarðveginn og taka upp mikinn fjölda landauðlinda. Þessi grein kynnir aðallega beitingu vélrænni endurheimtaraðferðar, hitabataaðferðar og endurheimtaraðferðar leysiefna í CFRP endurheimt og útskýrir áskoranir og horfur hverrar aðferðar í hagnýtri notkun.
(1) Vélræn endurheimtaraðferð. Vélrænni endurheimtaraðferðin er að rúlla og mala CFRP úrgang undir virkni vélræns krafts þannig að kolefnistrefjar séu fjarlægðar úr plastefnisgrunninu, plastefnisagnir og stuttar koltrefjar er hægt að fá eftir meðhöndlun. Hægt er að nota millimetra mælikvarðaskorið trefjar sem byggingarfylliefni og míkrónaskala skorið trefjar er hægt að nota sem blandafylliefni úr plötumótunarplasti, blokkmótunarplasti eða hitaplasti. Vélrænni endurheimtaraðferðin hefur kosti einfalds ferlis og lágs fjárfestingarkostnaðar. Það framleiðir ekki nýja umhverfismengun á meðan það endurheimtir trefjar og plastefni. Hins vegar veldur vélrænni krafturinn skemmdum á trefjum meðan á aðskilnaðarferli plastefnis og trefja stendur, og varðveisluhlutfall trefja er lágt.
(2) Hitabataaðferð. Samkvæmt mismunandi vinnsluleiðum er hægt að skipta hitabataaðferðinni í háhita varma niðurbrotsaðferð, vökvabeð varma niðurbrotsaðferð og örbylgjuofn varma niðurbrotsaðferð. Meginreglan er að brjóta plastefnið niður í lítil sameindasambönd undir áhrifum hitaorku.
① Háhita varma niðurbrotsaðferð. Í fyrsta lagi er CFRP úrgangur gerður að brotum undir áhrifum vélræns krafts. Brotin eru hituð í 600±200 gráður undir óvirku gasloftinu og plastefnið er brotið niður í lág sameinda hitauppstreymiolíu og hitagas við ástand þess að ekkert súrefni sé. Pyrolysis gasið er aðallega samsett úr koltvísýringi, vetni og metani. Sprautaðu síðan hæfilegu magni af súrefni inn í kerfið, þannig að lág sameinda brennanleg brennsla, brennsla myndaður varmi heldur áfram að veita hitaorku fyrir kerfið. Súrefnið í komandi kerfi þarf nákvæma magnstýringu. Of mikil súrefnisinntaka mun auka hættuna á sprengingu kerfisins. Á sama tíma mun það einnig valda peroxun á endurunnum koltrefjum og draga úr vélrænni eiginleikum trefjanna. Súrefnisinntakan er of lítil og ekki er hægt að fjarlægja restin af plastefni og brunaolíu á yfirborði trefja að fullu, sem hefur áhrif á trefjaáferð. Hitastig háhitahitunar fer eftir tegund plastefnis. Almennt getur pólýester plastefnið brotnað niður við lægra hitastig en epoxý plastefni þarf að brotna niður við hærra hitastig. Vegna einfaldrar aðgerðar og mikillar endurheimtar hefur háhita varma niðurbrotsaðferðin verið notuð í iðnaði. Eftir meðhöndlun á háhita hitauppstreymi er hægt að fá slétt yfirborð stuttu kolefnistrefjanna, en eftir meðhöndlun trefjanna mun mismunandi oxunarstig eiga sér stað og yfirborð trefjanna stundum kolefnisútfelling, sem hefur áhrif á vélræna eiginleika af trefjunum.
② Varma niðurbrotsaðferð með vökvarúmi. Ferlið við endurheimt CFRP með vökvabeðs varma niðurbroti er sýnt á mynd 1. Samsett efni er flutt inn úr úrgangsefninu og bætt við vökvabeðið. Plastefnið í samsettu efninu er brotið niður við háan hita í heitu loftflæðissviðinu og niðurbrotsgasið er haldið áfram sem hitaorka kerfisins í gegnum bruna. Eftir varma niðurbrot eru koltrefjar og plastefni agnir endurheimt í hringrásarskiljunni. Hitaflæðið fer með endurheimtu trefjarnar í trefjatankinn, en eldfasta efnið er skilið eftir neðst á vökvarúminu. CFRP sem unnið er með vökvabotni er yfirleitt 2 ~ 3cm² að stærð, sem hægt er að fæða stöðugt í vökvarúmið til að ná stöðugri framleiðslu og stuttu koltrefjarnar er hægt að fá með endurvinnslu. Núningurinn á milli innri veggs hringrásarskiljunnar og gasbundinnar möl í vökvabeðinu og trefjanna mun valda nokkrum vélrænum skemmdum, þannig að togstyrkur trefjarins eftir þessa meðferð mun minnka um það bil 1/4.
③ Hita niðurbrotsaðferð í örbylgjuofni. CFRP var sett í örbylgjugeislunarsvið og plastefnið var hitað með örbylgjuofni til að brotna niður í lítil sameindasambönd. Örbylgjuofnvarma niðurbrotsaðferðin getur í raun stytt þann tíma sem þarf til að endurheimta koltrefja, fjöldi búnaðar er tiltölulega lítill og vinnsluferlið er einfalt.
(3) endurheimt leysis aðferð. Leysiendurheimtaraðferðin vísar til þess að plastefnið í CFRP úrgangi í leysinum minnkar í leysanlegt efni, með niðurbroti og upplausn plastefnisins til að ná aðskilnaði trefja og plastefnis, koltrefja eftir þvott og þurrkun til að endurheimta trefjar. Aðferðir til að endurheimta leysiefni eru almennt skipt í venjulegar leysiaðferðir við venjulegan þrýsting og yfirkritískar leysiaðferðir við háan þrýsting.
① Algeng leysisaðferð. Algeng leysisaðferð notar saltpéturssýru og alkóhól sem hvarfleysi fyrir niðurbrotsplastefni við andrúmsloftsþrýsting, sem er einfalt í notkun og lágt í búnaðarkostnaði. Endurheimtu trefjarnar halda í grundvallaratriðum upprunalegu trefjalengdinni og hægt er að nota aftur sem langar trefjar í samsettum efnum. Hins vegar er niðurbrotstími plastefnis í leysinum lengri og meðhöndlun úrgangsleysis eftir notkun er erfið, sem eykur endurheimtarkostnað og veldur auðveldlega umhverfismengun. Samkvæmt mismunandi myndunarferlum samsetta efnisins er plastefnið sem notað er öðruvísi og ferlið sem er notað er öðruvísi.
② Ofurkritísk leysisaðferð. Þegar hitastig og þrýstingur efnis fer yfir ákveðið mikilvægan hitastig og þrýsting, er sérstakt ástand með miklum þjöppunarhæfni, miklum leysni, mikilli gegndræpi, mikilli dreifingu, lágþéttni og lítilli seigju kallað "yfirkritískt ástand", og leysirinn í þessu ástand er kallað "ofurgagnrýninn leysir". CFRP úrgangsplastefnið var brotið niður af yfirkritískum leysi með miklum leysni og mikilli gegndræpi fjölliða efna, og tilgangurinn með endurheimt koltrefja varð að veruleika. Með því að nota þessa endurvinnsluaðferð er trefjaryfirborðið slétt, trefjarnar viðhalda upprunalegri lengd, trefjaafköst eru mikil, endurvinnsluferlið framleiðir ekki nýja mengun, græn umhverfisvernd. Hins vegar krefst beiting þessarar aðferðar mikillar fjárfestingar í búnaði og erfiðum ferliskilyrðum og hún er enn tímabundið á rannsóknarstofustigi og hefur ekki verið breytt í iðnaðar.
Eftirvænting
Með framþróun koltrefjaframleiðslutækni eykst framleiðsla koltrefja á sama tíma og framleiðslukostnaður minnkar smám saman, notkun þess á ýmsum sviðum mun halda áfram að aukast og endurheimt og endurnotkun CFRP hefur orðið áberandi vandamál sem takmarkar víðtæka notkun kolefnis. trefjum.
