炭素繊維リサイクル:本質的な利点と包括的なプロセス

カーボンファイバーは、ポリマーで硬化されたカーボンの結晶性フィラメントで作られた織布であり、金型の周囲に積層して成形することができます。これは、その優れた強度対重量比により理想的な材料であり、非常に強力ですが重くありません。カーボンファイバーは弾性率が同等のスチールよりも 5 倍軽いため、多くの用途に適しています。さらに、耐食性、不燃性、非毒性の特性を備えているため、航空宇宙、医療、建設、軍事産業で使用するのに理想的な材料となっています。

カーボンファイバーの加工

カーボンファイバーの加工は難しい場合があります。カーボンファイバー材料の層状構造により、層間剥離、繊維の切り残し、繊維の引き裂き、不均一な工具の摩耗、および表面仕上げの低下が生じる可能性があります。幸いなことに、CoreHog のような多くの切削工具会社は、これらの製造上の問題を解決できるさまざまな形状の工具を特別に設計しています。

• ストレートフルートエンドミル :すべての切削力を放射状に加えることで、層間剥離を防ぐことができます。
• 圧縮カッター :反対の切削力を生成し、材料の除去を安定させ、表面の層間剥離、繊維の引き抜き、バリを防ぎます。
• ブレーカー カッター :繊維を剪断して切りくずを短くし、カッターの周囲に繊維が蓄積するのを防ぎます。
• ダイヤモンドカットエンドミル :左右の溝の両方を利用して繊維を粉砕し、せん断します。これは、カーボン繊維の粗加工やプロファイリングに最適です。

CoreHog が提供する複合ラミネート カッターの幅広い製品をご覧ください。各カッターは、カーボン ファイバーなどの加工が難しいラミネート材料を切断できるように特別に設計されています。

一般的なカーボンファイバーの用途

航空宇宙産業では、合金の代わりに炭素繊維が航空機の構造に使用され、航空機が軽量化され、燃料消費量が削減されます。レクリエーションスポーツでも、重量を軽減するためにカーボンファイバーが利用されています。軽量化によりパフォーマンスの向上につながるため、スキー、自転車、テニスラケットの主要な素材としてよく見られます。 F1 や NASCAR などのプロ スポーツ リーグでは、近年カーボンファイバーの普及が進んでいます。カーボンファイバーのもう 1 つの有利な品質は、X 線装置での適合性であり、画像を中断することなく通過させることができるため、多くの医療機器やインプラントで役立ちます。

炭素繊維のリサイクル

炭素繊維のリサイクルはなぜ難しいのですか?

カーボンファイバーシートの製造には大量のエネルギーが必要です。これらの大きなシートは必要な部品サイズに切断され、余分な材料は廃棄されることが多いため、廃棄物の発生が増加します。この物質は生分解性ではないため、通常は埋め立て地に送られ、そこで永久に残ります。リサイクルをさらに複雑にしているのは、炭素繊維はその形状と強度を維持するように作られており、多くのプラスチックのように溶かして再形成することができないことです。リサイクルすると、その特性が大幅に低下するため、大きな力や負荷がかかる用途には使用できなくなります。

炭素繊維はどのようにリサイクルされますか?

加溶媒分解

加溶媒分解では、化学溶媒を使用して、カーボンファイバークロスを覆っているポリマーを分解します。廃炭素繊維を細かく破砕し、表面積を増やします。カーボンファイバーに使用されているポリマーに基づいて選択される溶媒は、ポリマー鎖を破壊し、カーボンファイバーをポリマーから分離します。物質を分離するには、遠心分離などの技術が使用されます。炭素繊維はさらに精製してその特性を回復し、未使用の繊維と組み合わせて新しい生地を作成したり、単独で使用したりできます。このプロセスにより、材料特性を犠牲にすることなく炭素繊維を回収できます。

熱分解

熱分解は熱を利用してカーボンファイバークロスを包むポリマーを分解します。廃炭素繊維はより小さな断片に細断され、酸素が制限された、または酸素がまったくない制御された環境で加熱されます。高温ではポリマーが熱分解し、ガス、蒸気、炭化物が発生します。ガスと蒸気はエネルギー源として使用したり、さらに処理したりすることができ、炭素繊維や元の添加剤であるチャーは機械的特性が確実に維持されるように精製されます。得られた炭素繊維は、単独で使用することも、バージン繊維と組み合わせて使用​​することもできます。熱分解は、高品質の繊維の回収とガス副産物からのエネルギー回収に効果的です。

カーボンファイバーに関する考慮事項

新しいテクノロジーで革新するとき、それが地球に与える影響を考慮することが重要です。カーボンファイバーは、業界全体の多くの側面を改善できる素晴らしい素材です。しかし、発生した廃棄物は埋め立て地以外には行きません。多くの企業が高品質のリサイクル炭素繊維の生産に投資しています。複合材料用の閉ループ システムの設計に焦点を移すことで、未来は明るく見えます。

Sarah Wasson は、Harvey Performance Company の技術営業員として働いており、航空宇宙産業向けのカスタム複合ツールの CoreHog ブランドに重点を置いています。彼女は 2023 年 5 月にバーモント大学を卒業し、機械工学の学士号を取得しました。