複合材のリサイクル—言い訳はもうありません

2016年4月に「再生炭素繊維をセクシーにできますか？」というコラムを執筆しました。 BMW i8 のルーフパネルを見た後に書かれました。 デトロイトで開催された北米国際自動車ショーでは、BMWの複合材料製造プロセスでの切削物から回収され、再利用された、目に見えるクリアコートされた炭素繊維マットから作られました。ショーで展示された目に見える炭素繊維の他のすべての例は織物であり、クリアな仕上げの下で古典的な炭素繊維の「外観」を生み出したため、当時は重要な前向きな考えを示しました。

それ以来、さまざまな複合材料のリサイクル技術が成熟し、複数の参入者を生み出してきたため、多くのことが起こりました。コンポジットのリサイクルは、ベンチャーキャピタルファンドや、2016年と2018年12月にCarbon Conversions Inc.（米国コネチカット州レイクシティ）で株式を取得したHexcel（米国コネチカット州スタンフォード）などの戦略的投資家からの投資も集めています。 ELG Carbon Fiber Ltd.（Coseley、UK）の25％の株式を取得するMitsubishi Corp.（Tokyo、Japan）の発表。おそらく最も重要なのは、マンホールの蓋から公園のベンチ、3D印刷用の材料など、リサイクルされた複合材料を組み込んだ最終用途のアプリケーションのリストが増えていることです。

CompositesWorld 2018年12月のの炭素繊維会議では、ELG、Vartega Inc.（コロラド州ゴールデン、米国）およびComposite Recycling Technology Center（CRTC、米国ワシントン州ポートエンジェルス）の講演者が、リサイクル複合材料の材料特性を発表しました（これらは同等です。たとえば、未使用の素材の場合）、およびすでに作成された最終用途のアプリケーション その結果、大きな需要が発生する可能性があります。

複合材料と複合材料の廃棄物をリサイクルする主な目標は2つあります。1つは廃棄物を埋め立て地に捨てないようにすること、もう1つは、これらの材料を回収して有用な（そして収益性の高い）用途に再利用する方法を見つけることです。しかし、どの方法がどの目的を達成し、どの方法がさまざまな原料にとって意味があるのでしょうか。これに関する対話を開始するために、私はさまざまなリサイクル技術を6つのレベルに分類する方法を提案します。

レベル0 最小化です 材料の利用率を改善し、同じ複合材料製造施設内の他の製品に内臓を再組み込むことにより、スクラップが埋め立てられる可能性があります。これには、乾燥繊維とプリプレグの自動テープ敷設（ATL）や自動繊維配置（AFP）などの廃棄物の少ないプロセスの使用、スクラップ片の再研磨または切り刻み、中央層の連続または不連続材料との組み合わせでの使用、または注入または圧縮成形。熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂に適用可能であり、すべての製造業者にとって優先事項である必要があります。

レベル1 転用 埋め立て地に向かうスクラップ材料の。これには、乾燥繊維スクラップの粉砕、細断、マットの形態、および期限切れまたは仕様外の可能性のある未硬化のプリプレグを取り、それらをより厳しい性能要件のない製品に成形することが含まれます。多数のスクラップファイバープロセッサと、CRTCなどのプリプレグ用のいくつかの「転用」エンティティがあります。

レベル2 硬化した複合材料、スクラップファイバー、未硬化のプリプレグを取り、細断して追加と組み合わせます。 金属、木材、コンクリートに代わるさまざまなパネルや製品ですべてを結合する樹脂。原料には、耐用年数を経た風力タービンブレード、ボート、飛行機部品、自動車部品が含まれ、ガラス繊維、炭素繊維、またはフォームコアが含まれます。 Global Fiberglass Solutions Inc.（米国ワシントン州ボセル）とGreenTex Solutions LLC（米国サウスカロライナ州チャールストン）は、このレベルの2つの企業です。

レベル3 、繊維は、未硬化の熱硬化性樹脂や熱可塑性プリプレグなどの中間製品の形態から再生され、主に不連続な「綿毛」またはペレットの形態、または不織布の形態ではありますが、元の繊維と本質的に同等の特性を持つ繊維を生成します。 ELG、および炭素変換（両方とも熱分解を使用）およびVartega（加溶媒分解を使用）は、このレベルの炭素繊維を提供します。

レベル4 での繊維の回収 （硬化した複合スクラップと拒否された部品）およびレベル5 （使用済み部品）は、複合材料のリサイクルの「聖杯」です。利用可能な技術には、高温熱分解（ELGおよび炭素変換）、湿式化学ポリマー分解（Adherent Technologies、米国ニューメキシコ州アルバカーキ）、およびCHZ Technologies（米国アラバマ州オーバーン）によって開発された二重エネルギー生産/繊維回収熱分解法が含まれます。これらのテクノロジーの経済的スケーリングは、長期的な成功を達成するために不可欠です。

利用可能なオプションを考えると、複合材製造業者は、複合材サプライチェーンの一部としてリサイクル会社を含めることを検討する必要があります 繊維、樹脂、プリプレグのサプライヤーと同じように。そうすることで、彼らはこれらの進化する技術が成熟するのを助けるために研究開発資金を投資する準備をする必要があります。 12月、ボーイングはELGとの5年間の合意を発表し、炭素繊維の回収のために、硬化（レベル4）および未硬化（レベル3）の複合廃棄物を11の製造サイトからELGに送りました。それは始まりであり、他のメーカーがそれに続く時が来ました。言い訳はできません。