Teknologi Daur Ulang Komposit Serat Karbon: Memimpin Era Baru Daur Ulang Material

Komposit serat karbon (CFRP) telah banyak digunakan dalam industri dirgantara, otomotif, dan tenaga angin karena sifatnya yang sangat baik, seperti ketahanan terhadap korosi, ketahanan lelah, kekuatan spesifik dan modulus spesifik yang tinggi, serta kemampuan desain yang baik. Namun, sejumlah besar limbah material komposit serat karbon termoset tidak hanya menempati lahan industri, tetapi juga mencemari lingkungan, sehingga teknologi daur ulangnya telah menjadi pusat penelitian di dalam dan luar negeri.

 

1. Teknologi daur ulang bahan komposit serat karbon

Komposit serat karbon (CFRP) telah banyak digunakan dalam industri dirgantara, otomotif, dan tenaga angin karena sifatnya yang sangat baik, seperti ketahanan terhadap korosi, ketahanan lelah, kekuatan spesifik dan modulus spesifik yang tinggi, serta kemampuan desain yang baik. Namun, sejumlah besar limbah material komposit serat karbon termoset tidak hanya menempati lahan industri, tetapi juga mencemari lingkungan, sehingga teknologi daur ulangnya telah menjadi pusat penelitian di dalam dan luar negeri.

 

Teknologi pemulihan CFRP terutama dibagi menjadi pemulihan mekanis, pemulihan pirolisis, pemulihan kimia dan beberapa jenis metode pemulihan lainnya. Perkembangan serta kelebihan dan kekurangan teknologi daur ulang CFRP ditunjukkan pada Gambar 1.

2.CF Kebijakan reklamasi baru

Selain limbah CFRP, jenis limbah umum lainnya adalah serat kering yang dihasilkan pada tahap produksi. Serat limbah ini sebagian besar berasal dari sisa, ujung gelendong, dan tepi distribusi parsial. Diperkirakan serat kering menyumbang sekitar 40% dari total limbah CF. Karena belum tertanam dalam matriks polimer apa pun, serat kering menunjukkan sifat yang sama dengan vCF. Mengingat produksi limbah berharga dalam jumlah besar ini, para peneliti secara aktif berupaya mengembangkan strategi daur ulang baru, termasuk namun tidak terbatas pada pemintalan CF menjadi benang, pembuatan kain bukan tenunan, dan penggunaan campuran CF daur ulang dan CF asli untuk menghasilkan produk non-woven. -kain crimp-prepreg.

 

1) Benang campuran berdasarkan rCF

Dalam kondisi kerangka tertentu, material dipanaskan hingga 280 derajat C dan ditahan selama 30 menit agar berhasil menyiapkan material komposit yang diperlukan. Penelitian telah menunjukkan bahwa langkah pencampuran udara dalam proses pencampuran secara efektif meningkatkan keseragaman sliver dan benang. Namun, proses pencampuran ini juga menyebabkan kerusakan yang lebih signifikan pada serat karbon (CF), karena keseluruhan panjang CF dalam benang berkurang. Analisis mendalam terhadap sifat mekanik benang mengungkapkan bahwa benang tanpa pencampuran udara menunjukkan ketangguhan yang lebih tinggi, terutama karena pengurangan jumlah serat yang putus dan pelestarian panjang serat keseluruhan selama persiapan. Penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa panjang awal serat mempunyai pengaruh buruk terhadap sifat-sifat benang, karena berhubungan langsung dengan panjang akhir serat setelah diproses dalam struktur benang. Secara khusus, benang yang dibuat dengan CF 80 mm menunjukkan panjang serat rata-rata terpanjang, sehingga memberikan ketangguhan yang unggul. Demikian pula, komposit searah (UD) yang terbuat dari CF 80 mm dan PA6 mempunyai kekuatan tarik hingga 800 mpa, yang merupakan kinerja terbaik di kelas benang olahan.

 

Hengstermann dkk. menyelidiki secara mendalam pengaruh panjang serat awal dan rasio pencampuran terhadap sifat dan karakteristik benang setelah carding. Dengan menyesuaikan parameter mesin carding, termasuk jarak antara roller carding dan ukuran jarum, mereka mencampurkan serat CF dan PA6 secara manual dalam dua panjang 40 mm dan 60 mm sesuai dengan rasio volume 30%, 50% dan 70 %. Setelah carding, jaring serat CF/PA6 kemudian mengalami proses seperti penggabungan dan pemintalan dengan turbin terbang hingga akhirnya menghasilkan benang campuran. Dalam proses pemrosesan, parameter peregangan dan pemintalan juga perlu disesuaikan dengan baik, seperti laju pengumpanan, rasio draft, material roller, dan jumlah putaran, untuk mengurangi kemungkinan kerusakan pada CF. Hasilnya menunjukkan bahwa panjang serat awal dan kandungan CF mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap karakteristik akhir jaring carding, sliver dan benang. Benang yang dibuat dengan CF yang lebih panjang menunjukkan kesejajaran yang lebih baik, hairiness yang lebih rendah, ketangguhan yang lebih tinggi, dan perpanjangan yang lebih rendah dibandingkan benang yang dibuat dengan CF 40 mm.

 

Hal ini terutama disebabkan oleh fakta bahwa serat yang lebih panjang lebih mudah disejajarkan selama proses carding, dan tingkat kerusakan dan kehilangan lebih rendah. Selain itu, kehadiran CF yang lebih panjang pada benang dan peningkatan volume PA6 mendorong kohesi antar serat dan meningkatkan kualitas pemintalan sliver. Ditemukan juga bahwa orientasi CF pada benang, panjang CF dan lilitan benang mempunyai pengaruh positif terhadap kekuatan tarik akhir komposit UD. Secara umum, panjang serat dan putaran benang menunjukkan hubungan terbalik dengan kekuatan keseluruhan komposit yang dikembangkan, terutama karena pengaruhnya terhadap kandungan CF akhir dan panjang komposit, serta pengaturan penetrasi polimer selama pengepresan panas.

Gambar 2: Proses carding untuk menyiapkan campuran rCF/PA6

 

Untuk mengurangi kerusakan lebih lanjut pada serat karbon (CF) selama pemintalan, Xiao dkk. melaporkan pengembangan lembaran termoplastik yang diperkuat serat karbon (CWT) yang dapat langsung diterapkan pada proses Mosaik. Strateginya adalah dengan mencampurkan limbah CF sepanjang 60 mm dengan serat poliamida (PA) berstruktur inti-cangkang, dimana cangkangnya terdiri dari kopolimer poliamida 6 (PA6)-polietilen (titik leleh 136 derajat C) dan bahan intinya adalah poliamida 66 (PA66). Pada proses pencampuran, campuran serat CF dan PA diproporsi dengan fraksi volume CF sebesar 20%, 30% dan 40%, kemudian disisir hingga membentuk jaringan combing. Pada suhu 110 derajat C, jaring carding distabilkan dengan proses penarikan dan penanggalan, di mana lapisan luar matriks serat PA dilebur untuk membentuk struktur perekat tertentu pada jaring serat, dan akhirnya lembaran CWT diproduksi. Khususnya, proses peregangan (30-60%) memainkan peran penting dalam penyelarasan CF serat pendek yang lebih baik pada lembaran CW-T. Pada kondisi tekanan 280 derajat dan 5-9 MPa, lembaran yang dikembangkan digunakan untuk pembentukan panel dengan metode pembentukan kompresi. Modulus tarik lembaran terkompresi mencapai 45,6 GPa. Peningkatan kandungan CF pada CWT meningkatkan kekuatan tarik dan tingkat modulus, dan peningkatan rasio tarik juga membantu meningkatkan kekuatan tarik memanjang utama.

2) Bahan bukan tenunan dan prepreg berbahan dasar RCF

Cara lain yang efektif untuk mendaur ulang limbah serat karbon adalah dengan menerapkannya pada produksi jaring kain bukan tenunan, yang menunjukkan potensi besar untuk mendaur ulang limbah serat karbon menjadi produk bernilai tambah tinggi. EGL Carbon Fiber di Inggris telah berhasil melakukan industrialisasi dan mengoptimalkan produksi kain non-anyaman rCF dengan kapasitas tahunan sebesar 250 ton untuk berbagai aplikasi di industri otomotif.

 

 

3.Kesimpulan dan Prospek Masa Depan

Dalam makalah ini, metode daur ulang komposit yang diperkuat serat karbon (CFRC) ditinjau, dan strategi pengolahan limbah serat karbon yang dihasilkan selama pembuatan kering dibahas secara mendalam. Atas dasar ini, teknologi pirolisis dan permesinan telah menarik banyak perhatian karena potensi penerapannya dalam industri. Namun, penelitian saat ini masih berkomitmen untuk meningkatkan kinerja serat daur ulang, dan berupaya untuk memiliki sifat yang sangat mirip dengan serat karbon asli.

 

Penelitian di masa depan harus berfokus pada aspek-aspek berikut: Pertama, mengeksplorasi metode baru dalam menggunakan serat daur ulang untuk memproduksi material komposit; Yang kedua adalah mengoptimalkan interaksi antarmuka antara serat dan matriks. Yang ketiga adalah terus meningkatkan proses daur ulang. Selain itu, pengembangan produk bernilai tambah seperti kain bukan tenunan dan benang dengan bahan baku serat daur ulang juga menjadi arah utama di masa depan. Untuk pengolahan limbah serat karbon kering, pengembangan benang campuran dan bahan bukan tenunan menunjukkan prospek yang baik, namun peningkatan sifat mekanik produk masih menjadi tantangan utama.

 

Singkatnya, bidang daur ulang produk berbasis serat karbon sedang dalam tahap perkembangan pesat, dan hal ini akan memainkan peran penting dalam mendorong pembentukan pendekatan ekonomi sirkular serat berteknologi tinggi. Oleh karena itu, diperlukan lebih banyak penelitian di masa depan untuk meningkatkan kualitas serat dan mengurangi dampak negatif proses daur ulang terhadap lingkungan

 

E-mail

Amy2289@jiutaimould.com

Telepon/Whatsapp

+8613506862289

Faks

+86-576-84217327

Alamat

No.23, Jalan Huiming, Zona Industri Utara, Huangyan, Taizhou, Zhejiang, Cina