सामग्री की जानकारी
कार्बन फाइबर उत्कृष्ट भौतिक और रासायनिक गुणों के साथ उच्च शक्ति, उच्च मापांक, नरम और मशीन योग्य फाइबर सामग्री का एक प्रकार है। कार्बन फाइबर प्रबलित पॉलिमर / प्लास्टिक, CFRP का व्यापक रूप से ऊर्जा सुविधाओं, एयरोस्पेस, सैन्य उपकरण, रेल पारगमन और खेल के सामान में उपयोग किया गया है। 2020 में कार्बन फाइबर की वैश्विक मांग 107,000 टन तक पहुंच गई और बढ़ना जारी है। गुआंगज़ौ सैओ की "2020 ग्लोबल कार्बन फाइबर कंपोजिट मार्केट रिपोर्ट" ने भविष्यवाणी की है कि वैश्विक कार्बन फाइबर की मांग 2025 में 200,000 टन टूट जाएगी।
CFRP के बढ़ते अनुप्रयोग के साथ, प्रसंस्करण, उपयोग और अपशिष्ट की प्रक्रिया में अधिक से अधिक अपशिष्ट उत्पन्न होता है। उदाहरण के लिए, हाल के वर्षों में पवन ऊर्जा प्रौद्योगिकी का तेजी से प्रचार किया गया है, लेकिन ब्लेड का सेवा जीवन केवल 20-30 वर्ष है। 2030 तक, CFRP पवन ऊर्जा के छोड़े गए ब्लेड प्रति वर्ष हजारों टन तक पहुंच जाएंगे। नागरिक उड्डयन क्षेत्र में, दुनिया भर में लगभग 8,500 विमान 2025 तक सेवानिवृत्त हो जाएंगे, और उनके शरीर से सीएफआरपी कचरे का पुनर्चक्रण एक चुनौती है। लोगों की पर्यावरण जागरूकता में सुधार के साथ, प्रासंगिक पर्यावरण कानून और सीएफआरपी अपशिष्ट निपटान के नियम अधिक से अधिक सख्त होते जा रहे हैं। रीसाइक्लिंग के लिए कार्बन फाइबर को कुशलतापूर्वक कैसे रीसायकल करें वर्तमान में एक गर्म मुद्दा बन गया है।
CFRP के प्रसंस्करण में प्रयुक्त राल को थर्माप्लास्टिक राल और थर्मोसेटिंग राल में विभाजित किया गया है। थर्माप्लास्टिक राल मैट्रिक्स कंपोजिट की पुनर्प्राप्ति विधि सरल है, लेकिन पिघलने की प्रक्रिया में थर्माप्लास्टिक राल की चिपचिपाहट अधिक होती है, फाइबर की सतह पर राल का आसंजन खराब होता है, और समग्र सामग्री की इंटरफ़ेस संपत्ति खराब होती है, जो प्रदर्शन को प्रभावित करती है। उत्पादों की। वर्तमान में, CFRP मैट्रिक्स मुख्य रूप से थर्मोसेटिंग राल है, जैसे असंतृप्त राल, फेनोलिक राल और एपॉक्सी राल। इलाज के बाद, थर्मोसेटिंग राल एक त्रि-आयामी नेटवर्क क्रॉस-लिंक्ड संरचना बनाएगा, जो थर्मोप्लास्टिक राल की तुलना में सीएफआरपी के भौतिक गुणों में सुधार कर सकता है।
सीएफआरपी रिकवरी तकनीक
सीएफआरपी को स्वाभाविक रूप से नीचा नहीं किया जा सकता है, भस्मीकरण या लैंडफिल प्रारंभिक उपचार पद्धति है, लेकिन सीएफआरपी अपशिष्ट भस्मीकरण बड़ी संख्या में जहरीली और हानिकारक गैसों का उत्पादन करेगा, और प्राकृतिक पर्यावरण को प्रभावित करेगा, साथ ही, लैंडफिल भस्मीकरण अपशिष्ट अवशेष भी मिट्टी का कारण होगा माध्यमिक प्रदूषण; सीएफआरपी कचरे का लैंडफिल उपचार मिट्टी को प्रदूषित करेगा और बड़ी संख्या में भूमि संसाधनों पर कब्जा कर लेगा। यह पेपर मुख्य रूप से CFRP रिकवरी में मैकेनिकल रिकवरी विधि, हीट रिकवरी विधि और सॉल्वेंट रिकवरी विधि के अनुप्रयोग का परिचय देता है, और व्यावहारिक अनुप्रयोग में प्रत्येक विधि की चुनौतियों और संभावनाओं पर प्रकाश डालता है।
(1) यांत्रिक पुनर्प्राप्ति विधि। यांत्रिक पुनर्प्राप्ति विधि यांत्रिक बल की कार्रवाई के तहत सीएफआरपी कचरे को रोल और पीसना है ताकि कार्बन फाइबर राल मैट्रिक्स से छीन लिया जाए, राल कणों और छोटे कार्बन फाइबर को उपचार के बाद प्राप्त किया जा सके। मिलीमीटर स्केल कट फाइबर का उपयोग बिल्डिंग फिलर के रूप में किया जा सकता है, और माइक्रोन स्केल कट फाइबर का उपयोग शीट मोल्डिंग प्लास्टिक, ब्लॉक मोल्डिंग प्लास्टिक, या थर्मोप्लास्टिक के मिश्रण भराव के रूप में किया जा सकता है। मैकेनिकल रिकवरी पद्धति में एक सरल प्रक्रिया और कम निवेश लागत के फायदे हैं। यह फाइबर और राल को पुनर्प्राप्त करते हुए नए पर्यावरण प्रदूषण का उत्पादन नहीं करता है। हालांकि, यांत्रिक बल राल और फाइबर को अलग करने की प्रक्रिया के दौरान फाइबर को नुकसान पहुंचाता है, और फाइबर प्रदर्शन प्रतिधारण दर कम है।
(2) हीट रिकवरी विधि। विभिन्न प्रक्रिया मार्गों के अनुसार, हीट रिकवरी विधि को उच्च तापमान थर्मल अपघटन विधि, द्रवीकृत बेड थर्मल अपघटन विधि और माइक्रोवेव थर्मल अपघटन विधि में विभाजित किया जा सकता है। सिद्धांत गर्मी ऊर्जा की क्रिया के तहत राल को छोटे आणविक यौगिकों में विघटित करना है।
① उच्च तापमान थर्मल अपघटन विधि। सबसे पहले, CFRP कचरे को यांत्रिक बल की क्रिया के तहत टुकड़ों में बनाया जाता है। अक्रिय गैस वातावरण के तहत टुकड़ों को 600 ± 200 डिग्री तक गर्म किया जाता है, और राल को ऑक्सीजन की स्थिति के तहत कम आणविक पायरोलिसिस तेल और पायरोलिसिस गैस में विघटित किया जाता है। पायरोलिसिस गैस मुख्य रूप से कार्बन डाइऑक्साइड, हाइड्रोजन और मीथेन से बनी होती है। फिर सिस्टम में उचित मात्रा में ऑक्सीजन इंजेक्ट करें, ताकि कम आणविक ज्वलनशील दहन, दहन उत्पन्न गर्मी सिस्टम के लिए गर्मी ऊर्जा प्रदान करती रहे। आने वाली प्रणाली में ऑक्सीजन को सटीक मात्रात्मक नियंत्रण की आवश्यकता होती है। अत्यधिक ऑक्सीजन सेवन से सिस्टम के विस्फोट का खतरा बढ़ जाएगा। इस बीच, यह पुनर्नवीनीकरण कार्बन फाइबर के पेरोक्सीडेशन का कारण भी बनेगा और फाइबर के यांत्रिक गुणों को कम करेगा। ऑक्सीजन का सेवन बहुत कम है, और फाइबर सतह पर अवशिष्ट राल और पायरोलाइटिक तेल पूरी तरह से हटाया नहीं जा सकता है, जो फाइबर खत्म को प्रभावित करता है। उच्च तापमान पायरोलिसिस का तापमान राल के प्रकार पर निर्भर करता है। आम तौर पर, पॉलिएस्टर राल कम तापमान पर विघटित हो सकता है, जबकि एपॉक्सी राल को उच्च तापमान पर विघटित करने की आवश्यकता होती है। सरल ऑपरेशन और उच्च पुनर्प्राप्ति के कारण, उद्योग में उच्च तापमान थर्मल अपघटन विधि लागू की गई है। उच्च तापमान थर्मल अपघटन के उपचार के बाद, लघु कार्बन फाइबर की चिकनी सतह प्राप्त की जा सकती है, लेकिन फाइबर के उपचार के बाद ऑक्सीकरण के विभिन्न डिग्री होंगे, और फाइबर की सतह कभी-कभी कार्बन जमाव, यांत्रिक गुणों को प्रभावित करती है फाइबर का।
② द्रवीकृत बिस्तर थर्मल अपघटन विधि। द्रवयुक्त बिस्तर थर्मल अपघटन द्वारा सीएफआरपी वसूली की प्रक्रिया चित्रा 1 में दिखायी गयी है। मिश्रित सामग्री को अपशिष्ट पदार्थ से आयात किया जाता है और तरलीकृत बिस्तर में जोड़ा जाता है। मिश्रित सामग्री में राल गर्म हवा के प्रवाह क्षेत्र में उच्च तापमान पर विघटित हो जाता है, और दहन के माध्यम से सिस्टम की गर्मी ऊर्जा के रूप में विघटित पाइरोलिसिस गैस जारी रहती है। थर्मल अपघटन के बाद, चक्रवात विभाजक में कार्बन फाइबर और राल कण बरामद किए जाते हैं। थर्मल प्रवाह बरामद फाइबर को फाइबर टैंक में ले जाता है, जबकि दुर्दम्य सामग्री को द्रवित बिस्तर के नीचे छोड़ दिया जाता है। द्रवित बिस्तर पायरोलिसिस द्वारा संसाधित सीएफआरपी आम तौर पर 2 ~ 3cm² आकार में होता है, जिसे निरंतर उत्पादन प्राप्त करने के लिए द्रवित बिस्तर पर लगातार खिलाया जा सकता है, और रीसाइक्लिंग द्वारा लघु कार्बन फाइबर प्राप्त किया जा सकता है। चक्रवात विभाजक की आंतरिक दीवार और द्रवित बिस्तर में गैस-बाध्य बजरी और फाइबर के बीच घर्षण कुछ यांत्रिक क्षति का कारण होगा, इसलिए इस उपचार के बाद फाइबर की तन्य शक्ति लगभग 1/4 कम हो जाएगी।
③ माइक्रोवेव थर्मल अपघटन विधि। CFRP को एक माइक्रोवेव विकिरण क्षेत्र में रखा गया था, और छोटे आणविक यौगिकों में नीचा दिखाने के लिए राल को माइक्रोवेव द्वारा गर्म किया गया था। माइक्रोवेव थर्मल अपघटन विधि कार्बन फाइबर रिकवरी के लिए आवश्यक समय को प्रभावी ढंग से कम कर सकती है, उपकरणों की संख्या अपेक्षाकृत कम है, और प्रक्रिया संचालन सरल है।
(3) सॉल्वेंट रिकवरी विधि। सॉल्वेंट रिकवरी विधि सीएफआरपी कचरे में राल को संदर्भित करती है, घुलनशील पदार्थों में गिरावट, फाइबर और राल के पृथक्करण को प्राप्त करने के लिए राल के क्षरण और विघटन के माध्यम से, धोने के बाद कार्बन फाइबर, और फाइबर को पुनर्प्राप्त करने के लिए सुखाने। सॉल्वेंट रिकवरी विधियों को आम तौर पर उच्च दबाव के तहत सामान्य दबाव और सुपरक्रिटिकल विलायक विधि के तहत सामान्य विलायक विधियों में विभाजित किया जाता है।
① सामान्य विलायक विधि। सामान्य विलायक विधि वायुमंडलीय दबाव के तहत गिरावट राल की प्रतिक्रिया विलायक के रूप में नाइट्रिक एसिड और अल्कोहल का उपयोग करती है, जो ऑपरेशन में सरल और उपकरण इनपुट लागत में कम है। बरामद फाइबर मूल रूप से मूल फाइबर की लंबाई को बनाए रखता है और मिश्रित सामग्रियों में लंबे फाइबर के रूप में फिर से इस्तेमाल किया जा सकता है। हालांकि, विलायक में राल का क्षरण समय लंबा होता है, और उपयोग के बाद अपशिष्ट विलायक उपचार मुश्किल होता है, जिससे वसूली की लागत बढ़ जाती है और आसानी से पर्यावरण प्रदूषण का कारण बनता है। मिश्रित सामग्री की विभिन्न गठन प्रक्रियाओं के अनुसार, उपयोग की जाने वाली राल अलग होती है, और उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया अलग होती है।
② सुपरक्रिटिकल सॉल्वेंट विधि। जब किसी पदार्थ का तापमान और दबाव एक निश्चित महत्वपूर्ण तापमान और दबाव से अधिक हो जाता है, तो उच्च संपीड़ितता, उच्च घुलनशीलता, उच्च पारगम्यता, उच्च विसारकता, कम घनत्व और कम चिपचिपाहट की विशेष अवस्था को "सुपरक्रिटिकल स्टेट" कहा जाता है, और इसमें विलायक राज्य को "सुपरक्रिटिकल सॉल्वेंट" कहा जाता है। उच्च घुलनशीलता और बहुलक सामग्री की उच्च पारगम्यता के साथ एक सुपरक्रिटिकल विलायक द्वारा सीएफआरपी अपशिष्ट राल को अपमानित किया गया था, और कार्बन फाइबर रिकवरी का उद्देश्य महसूस किया गया था। इस रीसाइक्लिंग विधि का उपयोग करके, फाइबर की सतह चिकनी होती है, फाइबर मूल लंबाई बनाए रखता है, फाइबर का प्रदर्शन उच्च होता है, रीसाइक्लिंग प्रक्रिया नए प्रदूषण, हरित पर्यावरण संरक्षण का उत्पादन नहीं करती है। हालांकि, इस पद्धति के आवेदन के लिए उपकरण और कठोर प्रक्रिया स्थितियों में बड़े निवेश की आवश्यकता होती है, और यह अभी भी अस्थायी रूप से प्रयोगशाला चरण में है और इसे औद्योगिक रूप में परिवर्तित नहीं किया गया है।
अपेक्षा
कार्बन फाइबर उत्पादन तकनीक की प्रगति के साथ, कार्बन फाइबर उत्पादन बढ़ता है जबकि उत्पादन लागत धीरे-धीरे कम हो जाती है, विभिन्न क्षेत्रों में इसका आवेदन बढ़ता रहेगा, और सीएफआरपी वसूली और पुन: उपयोग कार्बन के व्यापक अनुप्रयोग को प्रतिबंधित करने वाली एक प्रमुख समस्या बन गई है। फाइबर।
