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碳纤维增强塑料汽车部件-以重复使用代替回收
碳纤维增强塑料具有优良的机械性能,不过其报废仍然是个问题。然而,可重复使用的碳纤维增强塑料结构可以为该材料打开一扇通往循环经济的大门。


即使近年来关于碳纤维增强塑料的炒作逐渐降温,但是公认的是,如果只考虑机械性能,碳纤维增强塑料仍然是卓越的轻量化材料。在疲劳强度及其特定的机械性能方面,这种材料独树一帜。


然而,现在对这种材料的热情与批评的声音交织在一起,因为碳纤维增强塑料不仅价格昂贵,而且制造起来也极其耗费能源。另一个症结是碳纤维增强塑料部件的报废问题,因为纤维复合材料的循环经济运作的先决条件还远未得到满足。尽管第一批纤维复合材料的回收厂已经存在,但正如联邦环境局的Petra Weißhaupt在采访中解释的那样,吞吐率仍然很低,回收的纤维通常只能用于低质量的产品。


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德国弗劳恩霍夫IWU研究所与Edag和Invent公司在FiberEUse研究项目中开发了一种更可持续利用碳纤维增强塑料的方法。基本的想法是,首先不必回收车辆上破旧的碳纤维增强塑料结构,而是将其重新使用。


在第一步中,项目组确定了汽车部件,这些部件一方面具有很高的再利用潜力,另一方面可以用碳纤维增强塑料制造。最后,选择了一个电池支撑平台的框架结构和一个座椅结构作为示范对象。该平台的设计方式是,它适合作为新一代汽车的基本框架,但独立于车辆设计,除了基本的车辆尺寸之外。设计中的决定性标准是CFRP框架既可重复使用又能防撞。


开发的框架基本上由四个拉挤型材组成,通过散装模塑化合物制成的元件相互连接。前面和后面的铝制碰撞元件以及横向连接的铝型材在发生碰撞时吸收能量,从而使碳纤维增强塑料结构尽可能地保持保护。该座椅由一个碳纤维增强塑料支撑结构组成,带有可更换的内饰和座椅套。它的设计方式是,如果需要,单个座椅也可以组合成长椅。


为了连接各个部件,工程师们正在依靠可拆卸的粘合剂,并正在考虑两种可能的方法。第一种方法是基于热膨胀颗粒(TEP),它被添加到粘合剂中。当加入热量时,充满气体的TEP会膨胀50至100倍,从而打破粘合剂。通过额外添加铁粉,该粘合剂也可以被感应加热。对于第二种方法,他们提出在粘合的接头处集成一根电阻丝,当施加电压时,它就会加热。作者评估这些额外的元素对粘合强度的影响很低。


根据作者的说法,碳纤维增强塑料车身的生命周期排放低于可比的金属概念,即使在第一次重复使用后也是如此。作者将车队经营者列为可能的用户,他们也可以从该平台获得经济利益。


由弗劳恩霍夫IWU、Edag和Invent公司开发的带座椅的车辆平台的碳纤维增强塑料结构可以重新使用。


文章来源:中复合材料学会


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