Kohlenstofffaserrecycling:Wesentliche Vorteile und umfassender Prozess

Kohlefaser ist ein gewebter Stoff aus kristallinen Kohlenstofffäden, die mit einem Polymer gehärtet sind und um eine Form geschichtet und geformt werden können. Aufgrund seines beeindruckenden Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht ist es ein ideales Material, was bedeutet, dass es sehr stark, aber nicht schwer ist. Kohlefaser ist bei gleichem Elastizitätsmodul fünfmal leichter als Stahl und daher für viele Anwendungen die bessere Wahl. Darüber hinaus ist es korrosionsbeständig, nicht brennbar und ungiftig – Eigenschaften, die es zu einem idealen Material für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt-, Medizin-, Bau- und Militärindustrie machen.

Verarbeitung von Kohlefaser

Die Bearbeitung von Kohlefaser kann eine Herausforderung sein. Die Schichtstruktur des Kohlefasermaterials kann zu Delamination, ungeschnittenen Fasern, Faserausriss, ungleichmäßigem Werkzeugverschleiß und schlechter Oberflächengüte führen. Glücklicherweise entwickeln viele Hersteller von Schneidwerkzeugen, wie CoreHog, speziell Werkzeuge mit unterschiedlichen Geometrien, die dabei helfen können, diese Herstellungsprobleme zu beseitigen:

• Schaftfräser mit gerader Nut :Wenden Sie alle Schnittkräfte radial an, um eine Delaminierung zu verhindern.
• Kompressionsschneider :Erzeugen Sie entgegengesetzte Schnittkräfte, stabilisieren Sie den Materialabtrag und verhindern Sie Delaminierung, Faserausriss und Grate entlang der Oberfläche.
• Spanbrecherschneider :Scheren Sie die Fasern und verkürzen Sie die Späne, um eine Faseransammlung um den Schneider herum zu verhindern.
• Diamantgeschliffene Schaftfräser :Verwenden Sie sowohl die linke als auch die rechte Nut zum Aufbrechen und Durchschneiden der Fasern, ideal zum Schruppen und Profilieren von Kohlefasern.

Entdecken Sie das breite Angebot von CoreHog an Verbundlaminatschneidern, die jeweils speziell zum Schneiden schwer zu bearbeitender Laminatmaterialien wie Kohlefaser entwickelt wurden.

Häufige Carbonfaseranwendungen

In der Luft- und Raumfahrtindustrie werden Kohlefasern in Flugzeugstrukturen verwendet, um Legierungen zu ersetzen, wodurch leichtere Flugzeuge entstehen und somit der Treibstoffverbrauch gesenkt wird. Auch im Freizeitsport werden Kohlefasern zur Gewichtsreduzierung eingesetzt. Es wird oft als führendes Material in Skiern, Fahrrädern und Tennisschlägern angesehen, da das geringere Gewicht zur Leistungssteigerung beitragen kann. In professionellen Sportligen wie der Formel 1 und NASCAR hat die Verbreitung von Kohlefasern in den letzten Jahren zugenommen. Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft von Kohlefaser ist ihre Eignung für Röntgengeräte, da sie eine unterbrechungsfreie Bildgebung ermöglicht, was sie für viele medizinische Geräte und Implantate nützlich macht.

Recycling von Kohlefaser

Warum ist das Recycling von Kohlenstofffasern schwierig?

Für die Herstellung von Kohlefaserplatten ist ein erheblicher Energieaufwand erforderlich. Diese großen Bleche werden dann auf die benötigte Teilegröße zugeschnitten, und das überschüssige Material wird oft weggeworfen, was die Abfallproduktion erhöht. Dieses Material ist nicht biologisch abbaubar und wird normalerweise auf einer Mülldeponie entsorgt, wo es dauerhaft verbleibt. Kohlenstofffasern sind so konstruiert, dass sie ihre Form und Festigkeit behalten und nicht wie viele andere Kunststoffe eingeschmolzen und umgeformt werden können, was das Recycling zusätzlich erschwert. Beim Recycling werden seine Eigenschaften stark beeinträchtigt, sodass es für Anwendungen, die starken Kräften oder Belastungen ausgesetzt sind, unbrauchbar wird.

Wie wird Kohlefaser recycelt?

Solvolyse

Bei der Solvolyse wird ein chemisches Lösungsmittel verwendet, um das Polymer, das das Kohlefasergewebe umhüllt, aufzubrechen. Die Kohlenstofffaserabfälle werden in kleinere Stücke zerkleinert, wodurch die Oberfläche vergrößert wird. Das Lösungsmittel, das auf der Grundlage der in der Kohlenstofffaser verwendeten Polymere ausgewählt wird, bricht die Polymerketten auf und trennt die Kohlenstofffaser vom Polymer. Zur Trennung der Stoffe kommen Techniken wie Zentrifugation zum Einsatz. Die Kohlenstofffaser kann weiter gereinigt werden, um ihre Eigenschaften wiederherzustellen, und dann mit Frischfasern zu neuem Stoff kombiniert oder allein verwendet werden. Dieses Verfahren ermöglicht die Rückgewinnung von Kohlenstofffasern ohne Einbußen bei den Materialeigenschaften.

Pyrolyse

Pyrolyse nutzt Hitze, um das Polymer, das das Kohlefasergewebe umhüllt, aufzubrechen. Die Kohlenstofffaserabfälle werden in kleinere Stücke zerkleinert und dann in einer kontrollierten Umgebung mit begrenztem oder keinem Sauerstoff erhitzt. Bei hohen Temperaturen zersetzt sich das Polymer thermisch und es entstehen Gase, Dämpfe und Kohle. Die Gase und Dämpfe können als Energiequelle genutzt oder weiterverarbeitet werden, während die Kohle, bestehend aus Kohlefaser und etwaigen Originalzusätzen, gereinigt wird, um sicherzustellen, dass die mechanischen Eigenschaften erhalten bleiben. Die resultierenden Kohlenstofffasern können einzeln oder in Kombination mit Frischfasern verwendet werden. Pyrolyse ist wirksam für die Rückgewinnung hochwertiger Fasern und die Energierückgewinnung aus Gasnebenprodukten.

Überlegungen zu Kohlefaser

Bei der Innovation neuer Technologien ist es wichtig, deren Auswirkungen auf unseren Planeten zu berücksichtigen. Kohlefaser ist ein erstaunliches Material, das branchenübergreifend viele Aspekte verbessern kann; Der erzeugte Abfall landet jedoch nirgendwo anders als auf einer Mülldeponie. Viele Unternehmen investieren in die Produktion hochwertiger recycelter Carbonfasern. Mit der Verlagerung des Schwerpunkts auf die Entwicklung geschlossener Kreislaufsysteme für Verbundwerkstoffe sieht die Zukunft rosig aus.

Sarah Wasson arbeitet als technische Vertriebsmitarbeiterin für die Harvey Performance Company und konzentriert sich auf die Marke CoreHog für maßgeschneiderte Verbundwerkstoffwerkzeuge für die Luft- und Raumfahrtindustrie. Sie schloss im Mai 2023 ihr Studium an der University of Vermont mit einem Bachelor of Science in Maschinenbau ab.