Karbon Elyaf için Yenilikçi Geri Dönüşüm Yöntemi

Karbon fiber kompozitler son derece güçlü ve hafiftir, bu da onları birçok endüstride tercih edilen malzemeler haline getirmektedir. Ancak bu yüksek performanslı malzemelerin bertarafı ve geri dönüşümü önemli zorluklar teşkil etmektedir. Fraunhofer EMI'deki araştırma ekibi, kullanılmış kompozitlerden elde edilen elyafların mekanik özelliklerini olumsuz etkilemeden yeniden kullanım için verimli bir şekilde hazırlandığı bir süreç geliştirdi. Elyaf takviyeli plastik için mevcut geri dönüşüm yöntemleri, elyafları kısaltan ve aşağı dönüşüme yol açan bir parçalama adımı içerir.

Malzeme biliminde hızlandırılmış kurs: termoset ve termoplastik kompozitler
Bir karbon elyaf kompoziti, bir polimer içine gömülü elyaf ipliklerinden oluşur. Bu, lifleri bir arada tutmayı, bir bileşenin geometrisini korumayı ve lifleri çevresel etkilerden korumayı mümkün kılar. Elyaflar iki tür plastik içine gömülebilir: Termoset kompozitler eriyemeyen bir matristen oluşur, yani yeniden işlenemezler, bunlar sertleşen ve daha sonra dayanıklı bir bağ oluşturan bir yapıştırıcı gibi davranır. Buna karşın termoplastik kompozitler eritilebilir ve yeniden işlenebilir. Bununla birlikte, termoset plastiklerin işlenmesi daha kolaydır ve bu nedenle endüstriyel yapısal uygulamalarda daha sık kullanılır.

Yara yapılarının soyulmaya dayalı geri dönüşümü
Fraunhofer EMI'deki araştırmacılar, termoset kompozitlerden elyaf takviyesinin kontrollü bir şekilde geri kazanılması için yüksek güçlü bir lazer kullanıyor. Bu yöntem özellikle, tankın 700 bar'a kadar yüksek iç hizmet basınçlarına dayanabilmesini sağlamak için plastik bir astarın etrafına sürekli bir karbon fiber fitilin sarıldığı basınçlı hidrojen tankları için geçerlidir.

Bu yenilikçi geri dönüşüm yönteminin avantajı, karbon elyafları çevreleyen termoset matrisin yerel bir piroliz yoluyla uzaklaştırılması ve elyafların kendilerinin neredeyse hiç zarar görmeden bırakılmasıdır. Proje yöneticisi Mathieu Imbert, “Bu süreci özel kılan şey, matrisin pirolizini ve elyaf fitilin çözülmesini aynı anda, karbon elyaflara zarar vermeden makul bir hızda gerçekleştirmemizdir” diye açıklıyor.

Matris termal bozunması 300 ila 600 santigrat derece sıcaklıklarda gerçekleşirken, elyaflar sıcaklık yaklaşık 600 santigrat dereceye ulaştığında hasar görmeye başlayabileceğinden, zorluk optimum işlem penceresini tanımlamakta yatıyor. “Proses verimliliği ile geri dönüştürülmüş malzemenin kalitesi arasında çok iyi bir uzlaşma bulduk. Elde ettiğimiz sonuçlar, bu şekilde geri kazanılan kontinü elyafların yeni elyaflarla aynı mükemmel performans özelliklerine sahip olduğunu gösteriyor ve bu da bu yöntemi oldukça cazip kılıyor” diyor Imbert.

Ekonomik ve ekolojik avantajlar bir arada
Bu yenilikçi yöntem sadece ekolojik faydalar değil, aynı zamanda geri dönüşüm şirketleri için de önemli bir ekonomik potansiyel sunmaktadır. Isı yerel olarak uygulandığından ve elyaf fitili aynı anda sürekli olarak geri kazanıldığından, kalın duvarlı hidrojen tanklarıyla çalışırken tipik olarak gerekli olan uzun piroliz sürelerine ve yüksek işlem maliyetlerine gerek yoktur. Ayrıca, lazer destekli geri kazanım süreci, yeni elyaf üretmek için gereken enerji miktarının yalnızca beşte birini gerektiriyor. Bunlar, artan enerji maliyetleri ve artan çevresel gereklilikler bağlamında önemli avantajlardır. Projenin 2025 yılının sonuna kadar devam etmesi planlanıyor. Alman Federal Ekonomi ve İklim Eylem Bakanlığı (BMWK) tarafından finanse edilen DigiTain projesinin bir parçasıdır. Araştırmacılar şu anda süreci daha da enerji verimli hale getirmek ve geri kazanılan elyafların kalitesini daha da iyileştirmek için çalışıyorlar. Araştırma ekibi, geri dönüştürülmüş malzemenin yüksek kalitesi ile düşük proses maliyetleri arasındaki son derece olumlu bağlantıyı, yeni yöntemi geri dönüşüm endüstrisine aktarma planlarında kilit argüman olarak görüyor.