Autoteollisuudessa hiilikuitu on iso uutinen. Huolimatta sen kustannuksia koskevasta nurinasta useimmat autojen alkuperäiset laitevalmistajat toteuttavat ainakin yksityisesti T&K-toimia hiilikuituvahvisteisten polymeerien (CFRP) aktiiviseksi hyödyntämiseksi. CFRP on keskeinen keino kevyiden henkilöautojen ja kevyiden kuorma-autojen valmistuksessa, kun ne pyrkivät noudattamaan lähestyviä hiilidioksidipäästöjä ja polttoainetaloutta koskevia säännöksiä. Eurooppalaiset autonvalmistajat ovat edelläkävijöitä. Jotkut ovat jo tuoneet markkinoille hyötyajoneuvoja, joissa on merkittävää CFK-pitoisuutta, mikä on herättänyt melkoista kohua sekä ammattilehdissä että julkisissa tiedotusvälineissä.
Epämiellyttävä totuus
Näistä keskusteluista on viime aikoihin asti puuttunut suurelta osin Euroopan unionin (EU) romuajoneuvodirektiivin noudattamisen kustannukset ja keinot. Direktiivissä edellytetään, että 85 prosenttia painosta jokaisessa autossa ja kevyessä kuorma-autossa käytetyistä materiaaleista, jotka valmistetaan mallivuodesta 2015 alkaen, on oltava uudelleenkäytettäviä tai kierrätettäviä. Metalleilla ja puhtailla muoveilla – amorfisilla materiaaleilla – on todistetusti hyviä kierrätystuloksia. CFRP:llä ei kuitenkaan ole. Kyllä, romuajoneuvot sallivat jonkin verran hävittämistä – enintään 10 prosenttia ajoneuvon painosta voidaan polttaa ja loput 5 prosenttia voi päätyä kaatopaikalle. Mutta matematiikka ei toimi: Jos hiilikuidusta aiotaan tehdä merkittävä väline autonvalmistajien kevennystyökalupakissa, romuajoneuvoista peräisin olevan CFK:n kierrätys on välttämätöntä. Hyvä uutinen on, että tämä ongelma, jota aiemmin pidettiin lähes mahdottomana ratkaista, etenee vauhdilla kohti ratkaisua, kiitos määrätietoisten ja kasvavien ponnistelujen CFK:n kierrätystekniikoiden kehittämiseksi
.
Kahdensuuntainen hyökkäys
Kierrätysstrategiat keskittyvät kahteen rintamaan. Ensimmäinen on CFRP-jätevirtojen (spesifikaation ulkopuolinen materiaali, leikkuu-/leikkausromu jne.) talteenotto ja uudelleenkäyttö kuivien kuitujen ja prepreg-kuitujen muodossa.
Tim Rademacker, CFK Valley Recyclingin (Stade, Saksa) toimitusjohtaja, mainitsee, että neitseellisen kuidun arvioitu kysyntä vuonna 2014 (ks. kuva 3 vasemmalla) on 50 000 metristä tonnia (110 miljoonaa paunaa), ja huomauttaa, että jos 30 prosenttia siitä päätyy tuotantojätteeksi – mikä on yleisesti mainittu luku – tuloksena on ~10 000 metristä tonnia/ ~22 miljoonaa paunaa kaupallista kierrätettyä hiilikuitua (RCF) ennen kuin elinkaarensa lopussa olevat rakenteet otetaan huomioon. Kierrättäjät ennustavat, että autonvalmistajat hyötyvät paljon kuiduista, jotka on otettu talteen muiden teollisuudenalojen valmistajien tuottamasta hiilikuitujätteestä. ”Voimme vastaanottaa kuukaudessa jopa 50 tonnia CF-jätettä tuulelta”, väittää Alex Edge, kierrättäjä ELG Carbon Fibre Ltd:n myynti- ja liiketoiminnan kehittämispäällikkö. (Coseley, Iso-Britannia), ja toteaa, että suuri osa jätteestä syntyy, kun materiaaleja valmistetaan turbiinien lapojen asettelua varten.
”Suurin osa saapuvasta jätteestä on peräisin ilmailu- ja avaruusteollisuudesta ja autoteollisuudesta”, sanoo Rademacker, joka toisin kuin Edge sanoo: ”Meillä ei vielä näy paljoa tuulivoimaloista, joissa käytetään edelleen enimmäkseen lasikuitua.”
Lentokoneista peräisin oleva RCF on erityisen lupaavaa. ”Ilmailussa syntyy tonneittain jätettä”, Edge sanoo, ”mutta sitä on käytettävä muilla markkinoilla.” Yksi suuri syy on se, että nykyisin keinoin talteenotettu kuitu pilkotaan. Tällä hetkellä sitä ei voi käyttää tuulivoimaloiden ja lentokoneiden rakenteissa (lentokoneiden sisätilat ovat ainoa poikkeus), mutta katkokuitua on käytetty pitkään autojen komposiittien valmistuksessa, erityisesti autojen sisätiloissa ja konepellin alla. ”Olemme tehneet viime vuosina paljon työtä suurten alkuperäisten laitevalmistajien kanssa sekä ilmailu- ja avaruusteollisuuden jätteiden toimittamisessa että kierrätystuotteiden loppukäytössä autoteollisuudessa”, Edge sanoo.
Tämän huomioon ottaen kierrättäjän raaka-aine on nykyään pääasiassa jätettä. Kierrättäjät eivät kuitenkaan pidä jätteiden käsittelyä itsetarkoituksena. Pidemmällä aikavälillä ne haluavat auttaa CFK:n käyttäjiä ”sulkemaan silmukan”: Jos autonvalmistajien on varmistettava, että autojen materiaalit ovat kierrätettävissä, niiden on erittäin hyödyllistä käyttää käytöstä poistetuista ajoneuvoista talteen otettua kuitua uusien ajoneuvojen tuotannossa. Jätteiden käsittelyä pidetäänkin tärkeänä ensimmäisenä askeleena, kun kierrättäjät valmistautuvat käsittelemään vuosittain poistuvien CFRP-osien kasvavaa määrää.
Vaikka hiilikuidun kierrättämiseen on kehitetty useita menetelmiä, mukaan lukien sellaisia, jotka säilyttävät pitkät kuidut ja jopa kankaan kudokset, kaikki nykyiset kaupalliset RCF-kuidut käsitellään pyrolyysillä (ks. kuva 1 ja lisätietoja tämän artikkelin lopussa olevasta toimituksellisesta huomautuksesta). Saapuva jäte lajitellaan tyypin (kuiva kuitu, prepreg, EOL-osat) ja joissakin tapauksissa kuitutyypin mukaan. EOL-osat murskataan tai pilkotaan, ja kaikki materiaalit murskataan tasakokoisiksi, mikä lisää irtotavaraa pyrolysointia varten. Pyrolyysi höyrystää murskattujen EOL-osien ja prepreg-jätteen jäljellä olevan matriisimateriaalin (joka sitten poistetaan ilmanvaihdon kautta), mutta jättää kuidut ehjiksi. Pyrolyysi poistaa myös liisterit ja sideaineet kuiduista. Pyrolyysin jälkeen, kuten jäljempänä todetaan, räätälöityyn käsittelyyn voi sisältyä räätälöityä kuitujen mitoitusta ja/tai sideaineita, joita levitetään regeneroidun kuidun pinnalle asiakkaan erityistä uudelleenkäyttöä varten.
Kaupallinen kapasiteetti
Muutaman lyhyen vuoden kuluttua, kierrätystoiminta on edennyt pilottihankkeista kaupallisiin tuotantolaitoksiin. Vaikka niiden nimet ovat muuttuneet ja uusia toimijoita on tullut mukaan, tärkeimmät toimijat ovat pysyneet samoina.
Vuonna 2011 saksalainen metallien kierrättäjä ELG Haniel (Duisburg, Saksa) osti Recycled Carbon Fibre Ltd:n. (Coseley, Iso-Britannia; aiemmin Milled Carbon Group) ja sen kaupallisen mittakaavan kierrätyslaitoksen (joka otettiin käyttöön vuonna 2009) ja nimesi sen uudelleen ELG Carbon Fibreksi.
Miksi metallien kierrättäjä tulisi RCF-markkinoille? ”He näkivät yhä enemmän hiilikuidun saastuttamia metalleja ja mahdollisuuden saada ilmailu- ja avaruusteollisuuden jätteestä korkeaa arvoa”, selittää ELG Carbon Fibren Edge. ”Käsittelemme 2 000 metristä tonnia jätettä ja tuotamme 1 000 metristä tonnia regeneroitua CF:ää vuodessa käyttämällä patentoitua pyrolyysiprosessia ja 21 metriä/69 jalkaa pitkää hihnauunia.”
ELG CF lajittelee jätteen ja silppuaa sen. ”Sen jälkeen kutsumme automaattisen järjestelmän avulla valitun jätemäärän yhdestä neljästä varastointibunkkerista”, Edge kertoo, ”joka sitten kuljetetaan uuniin.” Tämän jälkeen kuidut jalostetaan pilkotuiksi, jauhetuiksi tai pelletöidyiksi kuitutuotteiksi, ja kehitteillä on neulahuovutettu matto.
Edgen mukaan kiinnostus sekä jauhettuihin kuitukuidutuotteisiin että pitkäkuituisiin pelletteihin, joita käytetään pitkäkuituisissa kestomuoveissa (LFT-muoveissa (Long Fibre Thermoplastics – Long Fibre Thermoplastics, LFT)), on kasvanut. ELG CF tekee yhteistyötä 10-20 LFT-teollisuuden toimittajan kanssa ja tarjoaa halkaisijaltaan 6 mm/0,24 tuuman standardipellettiä, jossa käytetään 6-10 mm:n (noin 0,2-0,4 tuuman) pitkiä kuituja (ks. kuva 2). Yritys sanoo voivansa räätälöidä koostumuksia, kuten PEEK-yhteensopivaa sideainetta verrattuna nailonille (polyamidi tai PA) ja polypropeenille (PP) tarkoitettuun vakiojärjestelmään. ”Pitkäkuituisia ruiskupuristettuja osia halutaan paljon”, Edge huomauttaa, ”ja CF:llä on todellista etua talkki- ja piitäyteaineisiin verrattuna”. Olemme sopineet hyvin tähän myyntipisteeseen, ja olemme vasta äskettäin alkaneet tarkastella mahdollisuuksia kestomuovisten yhdisteiden osalta.”
Vuonna 2005 perustettu Materials Innovation Technologies LLC (MIT LLC, Fletcher, N.C.) aloitti hiilikuidun talteenoton vuonna 2009 ja avasi Lake Cityn kaupallisen kierrätyslaitoksensa MIT-RCF:n Etelä-Carolinan tutkimusviranomaisen (SCRA, Columbia, S.C.) ja Toyotan Tsusho American (Maryville, Tenn.) tekemien pääomasijoitusten turvin. Yritys, jonka nimi muutettiin Carbon Conversions Inc:ksi vuonna 2015, käsittelee useista eri lähteistä peräisin olevia virtoja: kuituvalmistajilta, punojilta ja kutojilta peräisin olevaa kuivaa romua, esivalmistajilta, Tier 1 -valmistajilta ja alkuperäisvalmistajilta peräisin olevia kovettumattomia esivalmisteita ja täysin kovettuneita osia. Lajittelu on etusijalla. ”Asiakkaat haluavat määritellyn panoksen käyttämilleen esivalmisteille tai rullatavaroille”, selittää Carbon Conversionsin toimitusjohtaja Mark Mauhar. ”Jokaisessa erässä on yhdenlaista osaa ja yhdenlaista kuitua. Seuraamme materiaalin polveutumista hyvin tarkasti.”
Pyrolyysin jälkeen Carbon Conversions myy tuloksena syntyvää pilkottua RCF-kuitumateriaalia suoraan tai muuntaa sen LFT-pelleteiksi tai pilkotun kuitumattorullan rullaksi. Mattojen painot vaihtelevat 50-1 000 g/m2 (1,5-29,5 oz/yd2) ja leveydet ovat jopa 49 tuumaa/1,2 m. Lisäarvotuotteisiin kuuluvat hienonnettujen hiilikuitujen ja kestomuovikuitujen seokset – esim. 60 % polyfenyleenisulfidia (PPS)/40 % CF-kuitua – jotka on valmistettu yrityksen omalla Co-DEP-prosessilla (ks. kuva 4). Carbon Conversions valmistaa myös jopa 1,8 m x 1,8 m x 5,9 ft x 5,9 ft kokoisia verkkomuotoisia aihioita käyttämällä patentoitua 3-DEP-lietteenmuotoiluprosessiaan, joka tarjoaa suuren tasalaatuisuuden (pintapainon standardipoikkeama 1-3 %) ja yhdestä kahteen minuutin sykliajat koosta riippumatta. Mauhar tiivistää: ”Meillä on erittäin joustavia prosesseja, joilla voidaan räätälöidä materiaaleja ja tuottaa tasainen paksuus ja paino pienellä ominaisuuksien vaihtelulla.”
Yhtiöllä on useita autoteollisuuden osia hyväksymisvaiheessa, ja se työskentelee validoidakseen uusia suurnopeusprosesseja, joilla sen RCF-tuotteet voidaan muuntaa kustannustehokkaiksi autoteollisuuden osiksi. Carbon Conversionsin kasvusuunnitelmana on laajentaa tuotantolaitoksia, kunhan markkinat saavat kiinni. Mauharin mukaan ”Meidän on saavutettava 3-5 miljoonan lb/v myytyjen regeneroitujen kuitujen määrä ennen kuin laajennamme kapasiteettia.”
Ympäristö- ja loppusijoituspalveluja tarjoava konserni Karl Meyer AG aloitti kierrätystyönsä CFK:n Valleyn kanssa e.V. (Stade, Saksa) vuonna 2005 ja perusti vuonna 2007 teollisen mittakaavan RCF-laitoksen nimeltä CFK Valley Recycling. Vuonna 2010 yritys muutti Wischhafeniin, Saksaan. Nykyään sen laitos pystyy tuottamaan jopa 1 000 tonnia RCF:ää vuodessa, ja sillä on pitkäaikaisia myyntisopimuksia lentokoneyhtiö Airbusin (Toulouse, Ranska), autonvalmistajien Bugatti (Molsheim, Ranska) ja BMW (München, Saksa) sekä muiden CFRP:n markkinajohtajien kanssa raaka-aineen saannin takaamiseksi. Se perusti myös carboNXT GmbH:n, joka toimii sen hienonnettujen ja jyrsittyjen RCF-tuotteiden jakelijana.
CFK Valley Recycling pitää kuidun valmistamista asiakkaiden uudelleenkäyttöä varten tärkeänä lisäarvoa tuottavana piirteenä kierrättäjän tehtävässä (ks. kuva 5). Painopisteenä on kuidun ja matriisin välinen adheesio. ”Olemme muuttaneet prosessiamme niin, että meillä ei ole liimausongelmia vastauksena markkinoiden kysyntään”, CFK:n Rademacker selittää. ”Kestomuovien osalta voimme käyttää uudelleen liimausta, ja kestomuoveihin voimme lisätä erityistä sideainetta maksimoidaksemme matriisin tarttuvuuden.” Kuitujen pituutta voidaan myös räätälöidä esimerkiksi sekoitustarpeiden mukaan.
”Olemme investoineet tekstiilikoneisiin ja pystymme valmistamaan kuitukankaita”, Rademacker lisää. Niiden leveys vaihtelee 1 100 ja 1 300 mm:n (43 ja 51 tuuman) välillä, ja niiden painot ovat 10 g/m2 (0,3 oz/yd2), kun käytetään wet-lay-menetelmää, ja 600 g/m2 (18 oz/yd2), kun käytetään air-lay-menetelmää.
Vetovoimasta työntövoimaan
Kaupallisiin määriin kaupallisia määriä asiakasystävällistä RCF-kuitufilamenttikuitulevytystä toimittavat suurimmat toimijat ovat vakaammalla jalansijallaan, mutta edessä oleva tie ei ole vieläkään suora ja tasainen. Neljä vuotta sitten kierrättäjien suuri huolenaihe oli raaka-aineen toimitusvarmuus (ks. ”Lue lisää”). Carbon Conversionsin Mauharin mukaan näin ei kuitenkaan enää ole: ”Lentokonevalmistajat tuottavat tuotantomäärien kasvaessa niin paljon jätettä, että romun määrä on nopeampi kuin kierrätystuotteiden markkinat.” Eikä ole epäilystäkään siitä, etteikö käytöstä poistettujen raaka-aineiden tarjonta olisi riittävää: Kierrätysinfrastruktuuriin tulee vuosittain 35 miljoonaa ajoneuvoa – 13 miljoonaa Pohjois-Amerikassa ja 11 miljoonaa Länsi-Euroopassa. Lisäksi ensimmäiset lentokoneet, jotka on rakennettu CFK-osista, saavuttavat todennäköisesti EOL-ikärajan seuraavien 10 vuoden aikana, ja yli 12 000 lentokonetta poistetaan käytöstä maailmanlaajuisesti seuraavien kahden vuosikymmenen aikana, juuri ennen kuin ensimmäiset CFK-kuormitetut Boeing 787- ja Airbus A350 XWB -lentokoneet ovat valmiita poistumaan käytöstä.
Kuitujen kierrätysasiantuntijoille tämänhetkinen huolenaihe on siis se, että ne myyvät edelleen sitä, mitä ne jo pystyvät käsittelemään. Nykyiset arviot RCF:n yhteenlasketusta kapasiteetista ovat 3 500-5 000 tonnia (>7,5-11 miljoonaa paunaa) vuodessa.
Suurimmat myyntipotentiaalit piilevät suuren volyymin autoteollisuuden sovelluksissa. Mauhar uskoo, että RCF:n uudelleenkäyttöä voitaisiin nopeuttaa, jos jätteen tuottajat, kierrättäjät ja autoteollisuuden käyttäjät tekisivät yhteistyötä tarvittavan kehityksen loppuun saattamiseksi. Vaikka jotkut kuitujen ja tekstiilien tuottajat (katso ”Hiilikuitujen kierrätyspäivitys: tarjontapuoli” tämän artikkelin lopussa tai kello sen otsikon kohdalla kohdassa ”Editor’s Picks”) ja jotkut alkuperäiset laitevalmistajat kierrättävät omia jätteitään – merkittävimpänä BMW – vain harvat CFRP-toimitusketjun toimijat ovat sitoutuneet käyttämään kaupallisten kierrättäjien tuottamaa RCF:ää.
Kierrättäjät myöntävät, että RCF-sovellusten markkinat ovat jääneet jälkeen, mutta väittävät, että kyse ei ole mekaanisesta suorituskyvystä: RCF-tutkimusten mukaan vetolujuus ja -moduuli ovat selvästi kuitutuottajien neitseellisille tuotteille asettamien tavoitteiden mukaisia teollisissa sovelluksissa (ks. kuvat 6 & 7). Lisäksi pidempien kuitujen talteenotto on mahdollista. Hitachi Chemicalin (Tokio, Japani), Japan Carbon Fiber Manufacturers Assn. (JCMA) kierrätyslaitoksen, jota nyt hallinnoivat yhdessä Toray Industries ja Teijin Group (molemmat Tokiossa, Japanissa) sekä Mitsubishi Rayon Co. Ltd. (Osaka, Japani), on laajennettu pyrolyysiprosessilla, joka ei edellytä esisilppuamista, toisin kuin JCMA:n vanhempi 1 000 metrisen tonnin/vuosi (2,2 miljoonaa paunaa/vuosi) linja. Sen on kehittänyt Takayasu Co. Ltd. (Kakamigahara City, Japani) kehittämän uuden prosessin kapasiteetti on tiettävästi 60 tonnia vuodessa. Vielä uudemmat kierrätysmenetelmät, jotka on suunniteltu jatkuvakuituisten kuitujen talteenottoon (ks: Vertailu kustannuksista ja ominaisuuksista” tämän artikkelin lopussa tai klikkaa sen otsikkoa kohdassa ”Editor’s Picks”) ja menetelmät epäjatkuvan RCF:n suuntaamiseksi (esim. orientoitu vs. satunnainen) viittaavat siihen, että joskus pian kierrättäjät saattavat pystyä tarjoamaan RCF-tuotteita, joiden suorituskyky on lähellä ilmailu- ja avaruusalan tavoitteita.
Kaupalliset kierrättäjät huomauttavat myös, että RCF tarjoaa 20-40 prosentin kustannussäästöt neitseelliseen kuituun verrattuna. Tämä ei ole tyhjä väite. Hiilikuitu/Amid (lyhenne polyamidista)/Metal Interior Structure using Multi-material System Approach (CAMISMA) -hanke osoitti hiljattain RCF:n mahdollisuudet termoplastisissa prosesseissa. Auton istuinten ykköstoimittaja Johnson Controls (JCI, Burscheid, Saksa) ja yhteistyökumppanit muovasivat onnistuneesti CFK-istuimen selkänojan käyttäen RCF-materiaaleja, jotka pienensivät painoa yli 40 prosenttia tavanomaisiin metallisiin malleihin verrattuna ylittämättä hankkeen 5 dollarin kustannusrajaa säästettyä kiloa kohti. (Prosessia kuvataan tämän numeron ”Inside Manufacturing” -lehdessä, jonka otsikko on ”CAMISMAn auton istuimen selkänoja”: Hybridikomposiitti suuria määriä varten”. Klikkaa sen otsikkoa kohdassa ”Editor’s Picks”). Kuitukustannuksista huolestuneille autonvalmistajille tällaiset tiedot eivät ehkä lopeta murinaa, mutta voisivat vähentää sen desibelitasoa.
Hyväksynnän esteet ovat samat kuin ne, joita komposiittimateriaalien kannattajat kohtaavat yrittäessään korvata vanhat materiaalit: Heikko koulutus, vakiintuneiden toimitusketjujen katkeaminen ja tarve saada uskottavia todisteita jätteestä uudelleenkäyttöön -prosessin elinkelpoisuudesta ja RCF-lopputuotteen suorituskyvystä.
RCFRP:n tuotantokelpoisuuden osoittaminen
Jotka etsivät tällaista opettavaista demonstraatiota, ei tarvitse kuitenkaan katsoa kauemmas kuin korkean profiilin BMW:n i3- ja i8-ajoneuvoihin (ks. ”BMW Leipzig: i3:n tuotannon keskus” kohdasta ”Toimittajan poimintoja”). BMW:n vertikaalisesti integroidun toimitusketjunsa kehittämistä neitseellisen raskaan hinauksen osalta koskevan julkisuuden varjoon on jäänyt se, että autonvalmistaja on käyttänyt uudelleen tuotantoromua i3:n ja i8:n katoissa ja i3:n takaistuinrakenteessa. SGL Automotive Carbon Fibers (SGL ACF, Wackersdorf, Saksa) kerää i-ajoneuvojen CFRP Life Modules -moduulien valmistuksessa syntyvät kudonta- ja esivalmistusjätteet ja leikkaa ne lastuiksi, jotka käsitellään kuitujen avaamiseksi, minkä jälkeen ne karstataan mekaanisesti kuitujen irrottamiseksi ja suuntaamiseksi (ks. kohta ”Recycled carbon fiber: Kustannusten ja ominaisuuksien vertailu” kohdassa ”Editor’s Picks”). Tämän jälkeen kuidut kerrostetaan eri kulmiin – sen mukaan, missä lopullista osaa käytetään – ja ommellaan kuitukankaiksi (matot tai fleece). Kattorakenteiden kuitukankaat valetaan käyttäen Huntsman Advanced Materialsin (The Woodlands, Texas ja Basel, Sveitsi) korkeapaine-RTM-muovia (HP-RTM) ja Araldite-epoksihartsia, kun taas itsekantavassa takaistuimen kuoressa käytetään BASF:n (Ludwigshafen, Saksa) Elastolit-polyuretaania (PUR), joka on tiettävästi ensimmäinen sarjatuotannossa oleva CF/PUR-osa. Autojen istuimiin erikoistunut F.S. Fehrer (Kitzingen, Saksa) on valanut osan, johon on integroitu myös mukitelineen kiinnitys ja säilytyslokero. Tämä vähentää kokoonpanovaiheita ja osan painoa, ja osa täyttää törmäysvaatimukset vain 1,4 mm/0,6 tuuman seinämäpaksuudella.
Carbon Conversions näkee myös tarpeelliseksi osoittaa, että RCF-tuotteet pystyvät täyttämään autovalmistajien tarpeet (kuvassa 8 verrataan RCF-materiaaleja perinteisiin materiaaleihin). Mauhar sanoo: ”Teemme yhteistyötä Roctool Inc:n kanssa demonstroidaksemme materiaalejamme sen nopean syklin aikaisissa valuprosesseissa.” Tätä varten RocTool pyrkii parantamaan RCF-lämpömuovauksen nopeutta Light Induction Tooling (LIT) -menetelmällä. LIT:ssä käytetään induktiolämmitteistä (ei nesteitä) ja -jäähdytteistä teräksistä ontelotyökalua ja tyhjiöavusteista silikoniydintä osien muovaamiseen ilman muotin esilämmitystä ja vain 8 baarin ilmanpaineella. RocToolin mukaan työkalut maksavat viidenneksen perinteisiin menetelmiin verrattuna, ja syklien kesto on jopa 105 sekuntia.
Kokeiltuihin materiaaleihin kuuluvat PP, PET ja PA12, joissa on RCF- ja muita kuituja, ja RocToolin Pohjois-Amerikan pääjohtajan Mathieu Boulangerin mukaan LIT:llä voidaan valmistaa sekä kuvioituja että kiiltäviä pintoja. Mahdollisuuksiin voi kuulua myös muotin sisäinen koristelu, ja muotin jälkeisiin tuloksiin kuuluu tiettävästi vääntymättömyys jopa ohuilla (1 mm/0,04 tuumaa) laminaateilla. ”Mahdollisuus valaa tuhansia osia päivässä RCF-materiaaleilla voisi todella muuttaa nykyistä tilannetta”, hän sanoo. Mauhar lisää, että volyymituotanto on välttämätöntä, jos merkittäviä määriä kierrätettyä CFK-jätettä halutaan käyttää onnistuneesti uudelleen ja sulkea ympyrä hiilikomposiittien kestävyyden osalta.
Todellinen edistys = todelliset osat
CFK:n Rademacker uskoo CF:n käytön lisääntyvän, erityisesti autokomposiiteissa, joissa BMW on selvästi osoittanut sekä neitseellisen kuidun että kierrätetyn tuotantojätteen arvon, jotka molemmat on optimoitu vastaavasti. ”He siirtävät tämän sarjatuotteisiinsa käytettäväksi osittaisissa rakenteissa”, Rademacker ennustaa. SGL ACF:n mukaan 10 prosenttia BMW i -ajoneuvoissa käytetystä CFRP:stä on kierrätettyä, ja BMW on jo ilmoittanut, että se aikoo soveltaa CFRP-teknologiaansa i- ja M-mallien ulkopuolella. ”Tässä on mahdollisuus myös kierrätetylle hiilikuidulle.” Hän näkee myös muiden autoteollisuuden toimijoiden suuntautuvan yhä enemmän kestomuovisovelluksiin. BMW:n kevytrakennepäällikkö Franz Storkenmaier, jota on siteerattu laajasti autoteollisuuden lehdistössä, on listannut istuinkehykset, kojelaudan kehykset ja varapyörät RCF-kohteiksi ja kertoi hiljattain Auto Express -lehdelle: ”Hiilikuitu on kallis materiaali, mutta jos käytetään tuotantojätettä, kustannusrakenne on erilainen kuin raa’an hiilikuidun työstämisessä.”
Carbon Conversions on nimittäin kehittänyt konepellin sisäosan keskisuuren volyymin ajoneuvoon, joka on valmistumassa OEM-esittelyyn. Yritys näkee potentiaalia useampiin sovelluksiin luksusmalleissa. Se on myös jättänyt tarjouksen Tier 1 -toimittajalle maasturia varten, jota valmistetaan 500 000 ajoneuvoa vuodessa. ”Tämä on sisätilojen osa, jossa käytetään Co-DEP-prosessiamme ja termoplastisia kuituja, joita voidaan sekoittaa RCF:n ja muiden kuitujen kanssa”, Mauhar selittää ja väittää, että Carbon Conversions tarjoaa 30 prosenttia kevyemmän ja kustannusneutraalin korvaavan luonnonkuitu/lämpömuovi-muovin, jota käytetään ovien sisätilojen ja sisätilojen taustarakenteiden valmistuksessa Euroopassa, ja 40 prosenttia kevyemmän ja kustannusneutraalin korvaavan ruiskupuristetun akryylinitriilibutadieenistyreenin (ABS), jota käytetään USA:ssa.S.
Mutta Rademacker sanoo, että useat seikat estävät edelleen RCF:n laajamittaisen käyttöönoton. Hänen mukaansa yhteistyö vain suurten CF-jätteen tuottajien kanssa ei ole hyödyllistä, koska niillä on jo vakiintuneet toimittajakannat, joita ne eivät ole kiinnostuneita häiritsemään, koska materiaalit ja toimittajat ovat jo päteviä. Hän ehdottaa, että mahdollisuuksia on sen sijaan suurilla jätelähteillä, jotka tarvitsevat myös uusia CF-raaka-aineiden muotoja – muotoja, joita on vielä jalostettava ja kelpuutettava. Tämä on yksi tärkeä syy siihen, miksi kierrättäjät keskittyvät autoteollisuuteen. Lisäksi neitseellisen kuidun asiakkaat ovat tottuneet määrittelemään lujuuden ja moduulin. ”Voin lajitella saapuvan jätteen ja vaikuttaa RCF-ominaisuuksiin”, Rademacker selittää, ”mutta teollisuus tarvitsee sovelluksia, jotka sopivat tuotteisiin, joita voimme toimittaa, ja jotka perustuvat jo olemassa oleviin jätevirtoihin. Suunnittelijoiden on mietittävä, missä näitä tuotteita voidaan käyttää.” Hän lisää: ”Meidän on vielä kehitettävä parempi käsitys siitä, mitä RCF-tuotteet tuottavat lopullisissa osissa.”
Toimittajan huomautus: Lue lisää solvolyysi- ja muista vaihtoehdoista hiilikuitujen talteenottoon aiheesta ”Recycling carbon fibre reinforced polymers for structural applications: Technology review and market outlook”, jonka ovat kirjoittaneet Soraia Pimenta ja Silvestre Pinho | Kopioita voi pyytää täältä.
SIIHEN LIITTYVÄ SISÄLTÖ
-
Hiilikuitujen valmistaminen
Katselmus prosessista, jossa esiasteesta tulee hiilikuitua lämpötilaa ja kireyttä huolellisella (ja enimmäkseen patentoitujen menetelmien avulla) säätämällä.
-
Materiaalit & Prosessit: Komposiittimateriaalien kuidut
Komposiittimateriaalien rakenteelliset ominaisuudet saadaan ensisijaisesti kuituvahvikkeesta. Kuitutyyppejä, niiden valmistusta, käyttötarkoituksia ja loppumarkkinoiden sovelluksia, joissa niitä käytetään eniten, kuvataan.
-
Ensimmäinen kaupallinen V-tyypin komposiittipainesäiliö
Composites Technology Developmentin ensimmäinen kaupallinen säiliö V-tyypin luokassa ennakoi kuitukäämityksen kasvua paineistettujen kaasujen varastoinnissa.