再生碳纤维现状:增材制造和其他应用

作者:CompositesWorld Scott Francis 发布时间:2019-11-19
Vartega公司还在开发一种工艺,以允许用碳纤维对热塑性粉末进行增强并确保能够使用这种材料在红外增材系统中生产功能部件。

增材制造

增材制造是另一个应用再生碳纤维的潜在市场,比如,Shocker Composites公司将其回收的碳纤维配混成20%~40%增强的ABS长丝,并采用美国辛辛那提公司的大面积增材制造3D 打印工艺证明了该材料的成功应用。

此外,Vartega公司正在利用其碳纤维回收技术和材料开发经验,提供用于粉末层熔合增材制造的聚合物原料。该公司最近获得了美国国家科学基金提供的小企业创新研究资金来开展此领域的研发。

Vartega公司还在开发一种工艺,以允许用碳纤维对热塑性粉末进行增强并确保能够使用这种材料在红外增材系统中生产功能部件。据介绍,这一进展将使数字制造商充分发挥新型粉末基硬件平台的潜力,以中等产率生产出性能与注塑成型材料相似的部件。

“通过提供碳纤维增强的聚合物粉末,无人机和医疗假肢等行业的制造商们将受益于快速、复杂和订制化的3D打印,同时确保他们的材料选择能够展示出其产品所需的结构完整性。”Vartega公司CEO Alice Havill介绍说。

其他应用

同时,可以发挥再生碳纤维作用的其他市场和应用领域正在不断涌现。

美国复合材料回收技术中心(简称CRTC)一直在探索将再生碳纤维应用于各种产品中,从车站长椅到高性能体育用品再到复合材料管材。该公司采用从东丽复合材料美国公司回收的未固化预浸料以及ELG公司的再生碳纤维。

CRTC 的CEO Dave Walter指出,建筑行业是一个潜在的增长领域。该公司采用正在申请专利的工艺,最新开发了一种建筑级别的交叉层压木材,它将热改性的木材与再生碳纤维结合在一起。这种热改性工艺可将糖和木质素烧掉,以提供抗腐蚀和抗白蚁能力,然后加入碳纤维带用以提高强度。


这种建筑级别的交叉层压木材将热改性木材与来自美国复合材料回收技术中心的再生碳纤维结合在一起(图片来自美国复合材料回收技术中心)

CRTC还采用回收碳纤维来制造粘接有木饰面的板材。这些板材以坚固、轻质和柔韧的基板展示了适合各种内、外部应用的木材之美,如2019年用于西雅图贝纳罗亚音乐厅的板材。


用在八度音阶9拉斯贝克音乐中心-贝纳罗亚音乐厅的板材(图片来自美国复合材料回收技术中心)

对回收碳纤维产业的认识有变化吗?

大的变化往往是渐进的,相对年轻的回收碳纤维产业正在持续、缓慢地向前推进。在不断对再生碳纤维进行降级循环利用的同时,人们对这种材料的看法也在开始发生变化。这种纤维的质量已经得到了证实,工艺也在不断进步。由于认识到了回收利用碳纤维的必要性,使得高层次的以及更多的人参与其中。

“ELG与波音公司的合作真的是一件大事,它有助于各个方面都向前推进以加速供应链的连接。”Maxey表示,“我们在此的作用是启动并连接这些点。我们拥有处在供应链中间的使能技术,但我们真正的目的,是要将废料流中的闲置资产与下游未得到满足的需求连接起来。”

据Carbon Conversions公司的Mark Mauhar介绍,最大的变化是,供应商们现在希望成为解决方案的一部分。“两年前,我们每周都会接到供应商的多个要求处理废料的电话,却毫无兴趣使用这些材料,现在人们开始行动起来。就在最近,我们终于开始看到,再生碳纤维的潜在客户在切割成型模具、构造原型和实体模型以及解决加工问题方面花费了大量的资源,当然,所有这些行动,距离商业化应用还很遥远。”他说。

也许真正需要的是耐心。ELG公司CEO Detlef Drafz指出,回顾其他传统材料的回收历史是有帮助的:“50多年来,ELG为不锈钢行业回收原材料。对于金属而言,甚至可以在真空炉里用废料制成涡轮叶片……人们普遍认为回收的金属是一种原材料,经过适当加工即可得到应用,但这在25年前的航空应用领域并不常见。然而,我们却建立了供应链,可以保证材料的性能。现在,我们也在做同样的事情。”

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