تسلط الأبحاث الحديثة التي أجريت في جامعة دوشيشا في اليابان الضوء على إمكانية استخدام الانحلال الحراري لاستعادة ألياف الكربون من المركبات
يعد تقليل استهلاك الطاقة عنصرًا أساسيًا في رحلتنا نحو المجتمعات المستدامة، وتلعب المواد المتقدمة دورًا رئيسيًا في هذا الصدد. يعد البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRPs) واللدائن الحرارية المعززة بألياف الكربون (CFRTPs) مثالين بارزين على المواد المركبة التي يمكن أن تحسن بشكل كبير كفاءة الطاقة في مختلف مجالات التطبيق.
وتتكون هذه المركبات من ألياف الكربون المدمجة في مصفوفة بوليمر، مثل راتنجات الايبوكسي. بفضل وزنها المنخفض وقوتها الميكانيكية الرائعة، يمكن لـ CFRPs وCFRTPs تقليل استهلاك الوقود للطائرات والمركبات الفضائية والسيارات بشكل كبير. علاوة على ذلك، فهي متينة ومقاومة للتآكل، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات الطاقة المتجددة مثل الرياح التوربينات.
في السنوات الأخيرة، زاد الطلب على CFRTPs وCFRTPs بشكل هائل. ومع ذلك، فإن هذا يعني أيضًا أن كمية نفايات CFRP/CFRTP تتزايد أيضًا بسرعة. نظرًا لأن إنتاج ألياف الكربون يستهلك الكثير من الطاقة، فقد كان الباحثون يبحثون عن طرق مجدية اقتصاديًا لاستعادتها من نفايات CFRP/CFRTP من خلال عملية تعرف باسم "الاستخلاص". حتى الآن، يبدو أن تقنية التحلل الحراري (التحلل الحراري) هي الأكثر فعالية، ولكن الحفاظ على الخواص الميكانيكية للألياف المستصلحة أثبت أنه يمثل تحديًا.
على هذه الخلفية، سعى باحثون من جامعة دوشيشا باليابان إلى دراسة فوائد إجراء الانحلال الحراري للمركبات الكربونية المدعمة بألياف الكربون/مركبات الكربون المدعمة بألياف الكربون في جو بخاري شديد السخونة (SHS) بدلاً من الغلاف الجوي القياسي. في ورقة حديثة نشرت في المركبات الجزء أ: العلوم التطبيقية والتصنيعوكشف البروفيسور المشارك كيوتاكا أوبوناي والبروفيسور كازويا أوكوبو عن النتائج التي يقولون إنها تلقي الضوء على هذا النهج. أصبحت الدراسة متاحة على الإنترنت في 17 أكتوبر 2023، وسيتم نشرها في المجلد 176 من المجلة في 01 يناير 2024.
الأساس المنطقي وراء إجراء الانحلال الحراري في جو SHS واضح ومباشر نسبيًا. يوضح الدكتور أوبوناي: "لا يمنع SHS فقط أكسدة ألياف الكربون من خلال خلق بيئة منخفضة الأكسجين ولكنه يزيل أيضًا بقايا البوليمر من سطح الألياف المستصلحة." لم يختبر الباحثون الخصائص الميكانيكية لألياف الكربون المستصلحة فحسب، بل قاموا أيضًا بتقييم أداء مركبات CFRP الفعلية المصنوعة باستخدام هذه الألياف. ولتحقيق هذه الغاية، أجروا اختبارات قوة الانحناء واختبارات قوة تأثير إيزود، والتي تقيم قدرة المواد على تحمل الأحمال المطبقة عن طريق الانحناء وتقييم مقاومتها للضربات المفاجئة، على التوالي.
كشفت نتائج تجاربهم عن العديد من الجوانب الجذابة لاستصلاح الانحلال الحراري في SHS. أولاً، باستخدام تقنيات الفحص المجهري المتقدمة، وجد الباحثون أن الغلاف الجوي SHS يمنع تكوين عيوب تشبه الدمل تسمى "النقر" في الألياف المستردة، مما يحقق سطحًا أملسًا. علاوة على ذلك، عندما تم إجراء الانحلال الحراري عند درجات حرارة عالية (≥ 873 كلفن)، أظهرت الألياف المستصلحة في جو هوائي انخفاضًا كبيرًا في قوة الشد وصلابة الكسر مقارنة بتلك الموجودة في الألياف "البكر". في المقابل، ظلت هذه الخواص الميكانيكية كما هي نسبيًا في الألياف المستصلحة في جو SHS، مما يسلط الضوء على ميزة الغلاف الجوي SHS في الحفاظ على كل من صلابة الكسر وقوة الشد للألياف المستصلحة.
علاوة على ذلك، أظهرت الألياف المستصلحة في جو SHS أيضًا تباينًا أقل في خواصها الميكانيكية، مما يجعل أدائها أكثر اتساقًا وأكثر ملاءمة للتطبيقات العملية. بالإضافة إلى ذلك، خفف جو SHS أثناء الانحلال الحراري من التدهور في قوة الانحناء وقوة تأثير Izod، مما يجعلها مشابهة للمركبات المصنوعة من الألياف البكر.
مجتمعة، تسلط هذه النتائج الضوء على إمكانات استخلاص الانحلال الحراري في جو SHS لاستعادة ألياف الكربون من المواد المركبة. من خلال توفير طريقة فعالة لإعادة التدوير، قد يكون هذا النهج هو المفتاح لإدخال CFRTPs/CFRTPs بنجاح في الاقتصاد الدائري. ويختتم الدكتور أوبوناي قائلاً: "من المحتمل أن يوفر هذا العمل طريقة فعالة لاستعادة نفايات البلاستيك المقوى بألياف الكربون ويساهم في جدوى تحقيق أهداف التنمية المستدامة". "إن فعالية اعتماد جو SHS بدلاً من الغازات الخاملة من أجل استخلاص الانحلال الحراري على نطاق واسع للنفايات CFRP ينبغي التحقيق فيها في العمل المستقبلي."
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://envirotecmagazine.com/2023/11/17/investigating-pyrolysis-for-reclaiming-carbon-fibres-from-composite-waste/
