بازیافت مواد کامپوزیتی

mahdi.adelinasab

کاربر بیش فعال
کاربر ممتاز
نوشتار حاضر، گزارش نهایی یک پروژه تحقیقاتی در زمینه بازیافت مواد کامپوزیتی است. هدف کلی این برنامه پژوهشی، افزایش کاربرد کامپوزیت های پلیمری گرما سخت، از طریق توسعه فن آوری بازیافت مواد دور ریز بوده است. برای انجام این پروژه دو روش به کار گرفته شد :
روش کار در دانشگاه برونل به کار گیری مجدد کامپوزیت های گرما سخت خرد شده به عنوان پر کننده در پلیمرها و فن آوری مربوطه بود. یک فن آوری با فرآیندهایی که به تولید محصولاتی با ارزش افزوده بالا منجر می شود. این فرآیندها به ویژه برای بازیافت قراضه های تقریبا تمیز و غیر آلوده کامپوزیتی مناسب هستند.
در دانشگاه ناتینگهام کار بر روش های حرارتی بستر سیال متمرکز شده بود که انرژی و الیاف را به شکلی مناسب برای تهیه محصولات با ارزش بازیافت می کنند. این فرآیند برای قراضه های آلوده و مخلوط با سایر مواد، حاصل از قطعات صنایعی همچون صنعت خودرو مناسب است.
این گزارش نتایج کارهای انجام شده در دانشگاه ناتینگهام را بیشتر مورد بررسی قرار می دهد. در این دانشگاه یک فرآیند بستر سیال به کار گرفته شد. فرآیندی که بای بازیافت ماده تقویت کننده و انرژی از طریق سوزاندن زمینه پلیمری مواد کامپوزیتی مناسب است. سپس الیاف بازیافتی مشخصه سازی شده و کاربرد آنها درجاهایی که ارزش افزوده بالایی دارند نشان داده شده است.
هدف اصلی این مطالعه، کامپوزیت های گرما سختی بود که درحجم بالا به کارگرفته می شوند. کامپوزیت هایی با زمینه پلی استر، و فنلیک که با الیاف شیشه تقویت شده و با مواد معدنی پر شده اند. کامپوزیت های الیاف کربن نیز مورد مطالعه قرار گرفته اند.

فرآیند بستر سیال
به کارگیری بستر سیال برای بازیافت الیاف و شیشه و انرژی از مواد کامپوزیتی، بر مبنای یک کار قبلی در دانشگاه ناتینگهام انجام شد که درآن فرآیندهای گوناگون احتراق به عنوان روش بازیابی انرژی از کامپوزیتها مورد مطالعه قرار گرفته بودند. زمینه پلیمری کامپوزیت هنگام ورود به بستر سیال دما بالا تجزیه شده و این امر منجر به آزاد شدن الیاف و پرکننده و خروج آنها از بستر به وسیله جریان گاز می شود. یک بستر سیال دراندازه های آزمایشگاهی و به قطر 315 میلی متر ساخته شده و هوای سیال ساز به صورت الکتریکی پیش گرم شد تا بستر در دمایی بیش از 750 درجه سانتی گراد کار کند. الیاف و پرکننده ها پس از ترک بستر سیال به وسیله چرخانه از جریان گاز جدا شدند.
پژوهشهای نخستین روی یک نمونه صنعتی پایه پلی استری انجام شد که به روش قالب گیری ورقه ای ساخته شده بود. نتایج نشان دادند که استحکام الیاف شیشه در طول فرایند با افزایش دما کاهش می یابد. با این وجود حداقل دمایی برای تجزیه پلیمر و آزاد شدن الیاف مورد نیاز بود. به این ترتیب دمای بهینه فرایند تعیین شد.


در دمای 450 درجه سانتی گراد، سوختن کامل نمی شد و به محفظه ای برای احتراق ثانویه نیاز بود که در آن، گازهای بستر سیال، پس از جدا شدن از الیاف و پرکننده ها بسوزند. پس از این محفظه، یک مبدل گرمایی قرارداده شد که در آن از سوزاندن پلیمر انرژی به دست آید.

بهینه سازی دستگاه بازیافت الیاف
سیستم جریان گردبادی الیاف و پرکننده نصب شده، نمی توانست الیاف را به طور کامل از پرکننده جدا کند و برای دستیابی به الیافی با کیفیت بالاتر، به سیستم جداساز بهتری نیاز بود. به همین علت، یک توری چرخان روی مجرای بستر سیال نصب شد. با عبور گازهای خروجی بستر سیال از توری، الیاف در سوراخ های توری گیر می کنند.
با چرخش توری، الیاف از جریان گاز خروجی جدا شده و داخل یک جریان هوای مخالف قرار می گیرند که الیاف را از توری گذرانده و وارد مجرای جمع کننده می کند. ذرات پرکننده روی شبکه توری جمع نمی شوند. این توری چرخان قادراست الیاف شیشه را با خلوص 80 در صد جمع آوری کند.
 

mahdi.adelinasab

کاربر بیش فعال
کاربر ممتاز
ادامه

ادامه

آماده سازی مواد برای بازیافت
قراضه های کامپوزیتی از داخل یک قیف و به وسیله یک ماردون به درون بستر سیال تغذیه می شوند. موثرترین روش آماده سازی، به کار گیری آسیاب چکشی برای خرد کردن ضایعات است، تا حدی که از یک توری با شبکه های 5 تا 10 میلی متری عبور کنند. نتایج نشان دادند که با کوچک تر شدن ابعاد مواد ورودی، روند فرایند بستر سیال سریع تر می شود و مواد باقی مانده درکف بستر در هر مرحله، کاهش می یابد. با این وجود درچنین شرایطی متوسط طول الیاف بازیافتی کوتاه تر است. علاوه بر قطعات SMC، دیگر ضایعات کامپوزیتی تقویت شده با الیاف شیشه نیز از روش بستر سیال بازیافت شدند، از جمله قطعه ای از وینیل استر/ شیشه با پرکننده سیلیس. هر دوی این کامپوزیت ها با روشی مشابه به روش ذکرشده برای قطعات SMC فرآوری شدند، اگر چه تجزیه رزین وینیل اسر بسیار کند تر از پلی استر انجام شد. یک صفحه فنلیک/ شیشه نیز بازیافت شد. رزین فنلیک زمان بیشتری برای تجزیه نیاز داشت و قطعات باقی مانده از الیاف شیشه با سختی به رشته های جداگانه تبدیل می شدند.

بازیافت قطعات خودرو
هدف اصلی این پروژه، نمایش امکان بازیافت قطعات کامپوزیتی کهنه و اسقاطی از طریق بستر سیال بود، به ویژه ضایعات صنعت خودرو که در صورت ورود کامپوزیت به صنعت خودرو حجم زیادی خواهند داشت. این ضایعات اغلب به مواد دیگر چسبیده اند و قطعه انتخاب شده برای این آزمایش نیز درصندوق عقب یک خودرو- سازه ای ساندویچی متشکل از دو لایه پلی استر تقویت شده با شیشه و یک مغزی از فوم پلی اورتان – بود. این قطعه رنگ شده بود و تعدادی قطعه فلزی داخل آن قرار داشت. این قطع ابتدا با برش و سپس آسیاب چکشی به قطعاتی کوچک تر از 10 میلی متر خرد شد. سپس تمام محصولات آسیاب شده به درون بستر سیال تغذیه شد و دردمای 450 درجه سانتی گراد فراری شد. خلوص محصول به دست آمده 80 درصد بود. پس از آزمایش مقدار کمی زغال (ناشی از فوم پلی اورتان) و تعدادی قطعه فلزی در بستر سیال باقی مانده بود.

بازیافت کامپوزیت های الیاف کربن
چندین آزمایش نیز برای تحقیق در زمینه فرایند بازیافت الیاف کربن ازمواد کامپوزیتی انجام شد. ماده مورد آزمایش، قطعه ای اپوکسی- الیاف کربن بود که به روش پیچش الیاف ساخته شده و با آسیاب چکشی به قطعاتی کوچک تر از 10 میلی متر رد شده بود. آزمایش های بستر سیال تا دمای 5 درجه سانتی گراد انجام شدند و نتایج نشان دادند که تا این دما، اپوکسی از الیاف جدا شد ولی اکسیداسیون زیادی در سطح رخ نداد. الیاف کربن بازیافتی با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شدند. این الیاف در شرایط مناسب قرار داشتند.

مشخصه سازی الیاف شیشه بازیافتی
الیاف شیشه بازیافتی به شکل تک رشته های کوتاه بودند. استحکام کششی، مدول یانگ و توزیع طول آنها مورد بررسی قرار گرفت. مدول این الیاف تغییری نداشت ولی کاهش محسوس در استحکام آنها مشاهده شد که دلیل آن دمای بالای بستر سیال بود. استحکام الیاف بازیافتی در دمای 450 درجه سانتی گراد، نصف استحکام الیاف شیشه اولیه بود. این کاهش استحکام در مقالات نیز گزارش شده است. آزمایش های کنترل شده در کوره آزمایشگاهی، نشان دادند که این اثر به علت افزایش دمای فرایند است و به نظر میرسد کار مکانیکی در بستر سیال، تاثیر محسوسی بر استحکام ندارد.
اندازه گیری توزیع طول الیاف بازیافتی بسیار دشوار بود. پس از چندین مرحل تحقیق و بررسی، روش پردازش تصویری با به کار گیری چندین نرم افزار دقیق مورد استفاده قرار گرفت. به این ترتیب میانگین طول الیاف بازیافتی 5-3 میلی متر گزارش شد.
بررسی تصویرهای میکروسکوپی الیاف نیز نشان دهنده کیفیت خوب الیاف و آلودگی سطحی بسیار کم بود. به این ترتیب فرایند بستر سیال روشی مناسب برای جداکردن الیاف از زمینه های پلیمری است.

به کار گیری مجدد الیاف شیشه بازیافتی
الیاف شیشه بازیافت شده تک رشته های کوتاهی بودند که سفتی آنها برابر سفتی الیاف شیشه اولیه اما استحکام آنها کم تر بود. بر پایه شکل و اندازه آنها، امکان به کار گیری این الیاف درکاربردهای مورد بررسی قرار گرفت که استحکام الیاف درآنها به اندازه سفتی مهم نبود. دو کاربرد با جزئیاتی که درپی خواهد آمد مورد بررسی قرار گرفتند. در هر دوی این کاربردها الیاف بازیافتی مستقیما به جای الیاف نو به کار گرفته شدند. بنابر این می توان گفت الیاف بازیافتی این توان بالقوه را دارند که به صورت موادی ارزشمند مورد توجه قرار گیرند.

1. تهیه پارچه سوزنی
پارچه سوزنی الیاف شیشه کربرد های بسیاری، در صنعت کامپوزیت و چه در دیگر صنایع دارد. این نوع پارچه ها به روش های گوناگون تهیه می شوند و متداول ترین روش، فرایندی تر مشابه روش شبیه به صورت تک رشته هایی درون یک مایع پراکنده شده و سپس روی یک پارچه توری یا الک خوابانده می شود تا بافت مورد نظر به دست آید. از آنجائی که در بسیاری از کاربردها استحکام پارچه ویژگی زیاد مهمی نیست، این فرایند، فرایندی ایده آل به ویژه برای به کارگیری دوباره الیاف شیشه بازیافتی است.

پارچه های تهیه شده با نسبت های گوناگون الیاف بازیافتی، از روش های متفاوتی ارزیابی شدند. به عنوان مثال مناسب بودن بافت سطحی این پارچه ها برای فراهم کردن سطح پرداخت نهایی خوب هم در آزمایشگاه (اندازه گیری زبری سطح) و هم بصورت صنعتی (به کار گیری به عنوان پوشش یک یا چند لایی) آزمایش شد و در هر دو آزمایش، پارچه نو عمل کرد. آزمایش های محیطی نیز به این صورت انجام شد که پارچه به عنوان بافت پوششی یک یا چند لایه به کار گرفته شد و سپس قطعه درمعرض محیط فرساینده مناسبی قرار گرفت و مجددا مشاهده شد که کارایی پارچه تهیه شده از الیاف بازیافتی، تفاوتی با پارچه های نو نداشت. استحکام پارچه سوزنی بازیافتی، به علت کاهش استحکام تک تک الیاف، عمدتا کم تر از پارچه سوزنی نو بود، اگر چه طول کوتاه تر الیاف نیز تاثیر گذار بود.

2. قالب گیری ترکیبات گرما سخت
ساخت ترکیبات گرم سخت به روش قالب گیری نیز فرصت مناسبی برای به کار گیری مجدد الیاف شیشه بازیافتی است. این مواد معمولا رکاربردهای نیازمند استحکام زیاد به کارگرفته نمی شوند و فرایند ترکیب سازی آنها با کمی اصلاح، می تواند برای الیاف بازیافتی تغییر داده شود. آزمایش های انجام شده روی یک ترکیب قالب گیری خمیری (DMC) درآزمایشگاه نشان دادند که جایگزینی الیاف شیشه بازیافتی به جای الیاف معمولی تا 50 درصد تاثیر قابل ملاحظه ای بر ویژگی های مکانیکی ماده-استحکام کششی، مدول و استحکام ضربه ندارد.
به دنبال این آزمایش ها، یک قطعه آزمایشی توسط یکی از شرکتهای همکار در پروژه ساخته و به کار گرفته شد. برای ساخت این قطعه با کاربرد الکتریکی، 17 کیلوگرم ترکیب خمیری شکل تهیه شد که در آن 50 در صد الیاف شیشه با الیاف بازیافتی جایگزین شده بود. فرایند ترکیب سازی وعملیات قالب گیری تحت تاثیر این جایگزینی قرار نرگفت و ترکیب تولید شده از نظر ظاهری تفاوتی با سایر ترکیبات نداشت. ویژگی های مکانیکی و الکتریکی قطعه DMC تولید شده با الیاف بازیافتی درمحدوده قابل قبولی قرار داشت.

تحلیل اقتصادی
به منظور ارزیابی چشم انداز احتمالی توسعه بیشتر فرایند بستر سیال و تعیین حوزه هایی که اصلاح آنها می تواند به بیشتر عملی شد این فرایند منجر شود، یک برآورد اقتصادی ازاین فرایند انجام شد. برای انجام این تحلیل ابتدا یک کارخانه بازیافت د رمقیاس واقعی طراحی شده و تجهیزات مورد نیاز، اندازه تجهیزات و شرایط کار آنها (دما، فشار، سرعت، جریان سیال و...) مشخص شد.
نتایج نشان دادند که برای سر به سر شدن هزینه های این کارخانه، توان بازیافت آن باید 10000 تن در سال باشد. برای این که کارخانه پس از 10 سال، سالانه 3 درصد سود داشته باشد، توان بازیافت آن باید 15000 تن در سال باشد.
تغییر و بهبود فرایند بستر سیال ممکن است به افزایش توان تولید و عملی تر شدن چنین طرح هایی منجر شود. تحلیل هزینه های مشابهی برای کارخانه بازیافت الیاف کربن شیشه ارزش بیشتری دارد، تاسیس چنین کارخانه ای با توان تولید چند صد تن الیاف در سال امکان پذیر خواهد بود.

منبع : فصلنامه كامپوزيت
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
موفقیت های چشمگیر در بازیافت کامپوزیت ها (قسمت اول)

موفقیت های چشمگیر در بازیافت کامپوزیت ها (قسمت اول)

تولید کنندگان اصلی و طراحان قطعات کامپوزیتی به فکر راه حلی هستند که بتوانند به محصولات آنها عمر مجدد ببخشد. یکی از راه حل های مذکور این است که کامپوزیت های آسیاب شده دست دوم در حالی که فرآیند بازیافت شدن را طی می کنند، به طور همزمان به عنوان سوخت کوره های پخت سیمان نیز مورد استفاده قرار گیرند. در این روش که فرآوری همزمان نام دارد، با پایین آمدن میزان انتشار گاز دی اکسید کربن، یک گام با ارزش در جهت توسعه پایدار برداشته می شود. این مقاله چشم اندازی را ترسیم کرده است که نشان می دهد در سال های اخیر بازیافت کامپوزیت ها بر روی محیط زیست تأثیر مثبتی بر جای گذاشته است.
مصرف کنندگان کامپوزیت به حفاظت از محیط زیست بسیار توجه دارند و همواره به دنبال راه حلی می-گردند تا بتوانند تأثیر نامطلوب این محصولات را در محیط زیست کاهش دهند. خرید محصولات و خدماتی که برای ما آسایش به ارمغان می آورند و سطح زندگی ما را ارتقاء می بخشند، نباید با استفاده نامطلوب از منابعی همراه باشد که مادر طبیعت آنها را به ما ارزانی داشته است. بنابراین بسیار حائز اهمیت است که پس از پایان یافتن عمر مفید این مواد، آنها را بازیافت نمود و از آنها محصولات با ارزشی تولید کرد. به این ترتیب نشان می دهیم که به تعهدات خود نسبت به نسل آینده عمل نموده ایم.


مدیریت آثار نامطلوب کامپوزیت ها بر محیط زیست

هرجا که به محصولاتی با عملکرد بالا نیاز بوده است، از کامپوزیت ها استفاده شده و نتایج رضایت بخشی حاصل گشته است. کامپوزیت ها از دوام بالایی برخوردار هستند و از اینرو به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز دارند. به علاوه مواد مذکور سبک هستند بنابراین در صنایعی نظیر خودرو استفاده از آنها به کاهش مصرف سوخت و در نتیجه پایین آمدن انتشار گاز دی اکسید کربن کمک می کند. ضمناً کامپوزیت ها استحکام مکانیکی بالایی دارند و به همین جهت در شرایط دشوار محیطی از خود طول عمر بالایی نشان می دهند. می توان قطعات کامپوزیتی را به راحتی در مقیاس انبوه تولید نمود و آنها را به موقع در اختیار مشتریان قرار داد ومطمئن بود که قطعات مذکور برای مصرف کننده تا مدت ها عمر خواهد کرد. این به آن معنی است که تولیدکنندگان اصلی و طراحان محصولات کامپوزیتی برای مشتریان خود آسایش و سطح بالایی از زندگی را به همراه خواهند آورد و محیط زیست آنها را از تأثیرات زیانبار این محصولات دور نگاه خواهند داشت.


توجهات مسئولانه

در دنیای امروز، درست در زمان عرضه محصولات و خدمات جدید، تولیدکنندگان اصلی و طراحان کامپوزیت باید به قطعاتی که تولید می کنند، بیشتر توجه کنند. مثلاً آنها باید بیندیشند که محصولات آنها در طول چرخه عمر خود دچار چه تغییراتی می شوند؟ استفاده کردن از قطعات و سازه های کامپوزیتی منوط به آن است که در پایان عمر مفید این محصولات بتوان آنها را بازیافت نمود و مجدداً از آنها بهره جست.
تولیدکنندگان قطعات و سازه های کامپوزیتی به دنبال راه هایی هستند که بتوانند بازده محصولات خود را افزایش دهند و ضایعات کمتری تولید کنند. به این ترتیب هزینه تولید آنها کاهش می یابد. برای رسیدن به این هدف، تولید کنندگان مذکور به جای دور ریختن ضایعات باید از روش های مقرون به صرفه ای استفاده کنند که هم از لحاظ عملیاتی و هم از لحاظ تدارکاتی به راحتی قابل اجرا باشند. بنابراین با استفاده از روش های استاندارد میتوان کامپوزیت های آسیاب شده دست دوم را بازیافت نمود و به این تولید کنندگان کمک کرد تا تجارت خود را توسعه داده و به تعهدات خود در قبال محیط زیست عمل کنند.

ادامه دارد...
منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
موفقیت های چشمگیر در بازیافت کامپوزیت ها (قسمت دوم)

موفقیت های چشمگیر در بازیافت کامپوزیت ها (قسمت دوم)

فرآوری همزمان ضایعات کامپوزیتی راه حل مطمئنی برای افزایش طول عمر این محصولات میباشد
می توان کامپوزیت های آسیاب شده الیاف شیشه را در کوره پخت سیمان فرآوری و بازیافت کرد و به طور همزمان از آنها به عنوان سوخت نیز استفاده نمود. روش مذکور کاملاً مقرون به صرفه می باشد زیرا این کامپوزیت ها ضمن اینکه به عنوان سوخت کوره سیمان مورد استفاده قرار می گیرند، خودشان هم فرآوری و بازیافت می گردند و با استفاده از ضایعات آنها می توان محصولات با ارزشی تولید نمود. ضمناً با این فرآیند جدید، کارخانه های تولید سیمان گاز دی اکسید کربن کمتری وارد جوّ می کنند چون در آنها به جای سوخت فسیلی از کامپوزیت های دست دوم به عنوان منبع انرژی استفاده می گردد. به دلایل مذکور استفاده از این روش در کشور های اروپایی روز به روز در حال گسترش است. در روش فرآوری همزمان، در عین حال که از ضایعات کامپوزیتی آسیاب شده به عنوان سوخت کوره های پخت سیمان استفاده می گردد، این مواد در داخل کوره فرآوری می شوند و پس از خارج شدن از کوره به صورت ماده اولیه برای تولید محصولات جدید کامپوزیتی مورد استفاده قرار می گیرند. به این ترتیب با استفاده از کامپوزیت های بازیافتی، از یک سو استفاده از مواد معدنی طبیعی نظیر ذغال سنگ، نفت و گاز کاهش می یابد و در نتیجه به منابع تجدید ناپذیر آنها بیش از این خسارت وارد نمی شود و از سوی دیگر در کارخانه های تولید سیمان بهره وری انرژی افزایش می یابد.در روش فرآوری همزمان، ضایعات کامپوزیتی آسیاب شده هم نقش منبع انرژی و هم نقش ماده اولیه را ایفا می کنند.
برای بازیافت قطعاتی که با استفاده از کامپوزیت های گرماسخت الیاف شیشه تولید می شوند، خواه کامپوزیت های مذکور از ضایعات کارخانه های تولید کامپوزیت ساخته شده باشند، خواه از مواد اولیه بازیافتی، ابتدا آنها را خرد و سپس آنها را آسیاب می کنند. آنگاه مواد آسیاب شده با افزودنی های دیگر مخلوط می گردند و به عنوان یک ماده سوختی با فرمول و ارزش حرارتی مشخص مورد استفاده قرار می گیرند. لازم به ذکر است که مقدار انرژی حرارتی که از سوختن یک واحد سوختی ایجاد می شود، ارزش حرارتی نام دارد.


کاهش انتشار گاز دی اکسید کربن

در فرآیند تولید سیمان مواد اولیه از بالای کوره وارد می شوند و سوخت نیز از پایین کوره تزریق می گردد. مواد اولیه مذکور تا دمای 1450 درجه سانتیگراد گرم می شوند و ماده ای به نام کِلینکِر تولید می گردد که به صورت کلوخه می باشد. سپس کلوخه آسیاب می شود و به سیمان تبدیل می گردد. ماده اولیه کِلینکِر را چهار اکسید اصلی یعنی اکسید کلسیم، اکسید سیلیکون(سیلیکا)، اکسید آلومینیم و اکسید آهن تشکیل می دهند که هر کدام به نسبت خاصی با یکدیگر ترکیب شده اند.
کامپوزیت گرماسخت الیاف شیشه پس از آسیاب شدن به عنوان ماده اولیه تولید کِلینکِر مورد استفاده قرار می گیرد. زیرا کامپوزیت مذکور از مقدار قابل توجهی ماده معدنی اکسید کلسیم و سیلیکا تشکیل شده است.
به علاوه مواد معدنی موجود در این کامپوزیت به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار می گیرند وحرارت لازم برای احتراق داخل کوره را تأمین می کنند.


ادامه دارد...
منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
موفقیت های چشمگیر در بازیافت کامپوزیت ها (قسمت سوم)

موفقیت های چشمگیر در بازیافت کامپوزیت ها (قسمت سوم)

تولید کنندگانی که در زنجیره ارزشی کامپوزیت ها با یکدیگر همکاری می کنند
می توان به طور طبیعی در فرآیند تولید سیمان همواره مقدار قابل توجهی دی اکسید کربن تولید می گردد. صنعت تولید سیمان در جهت توسعه پایدار و کاهش انتشار گاز دی اکسید کربن گام های مهمی برداشته است. به عنوان مثال در فرآیند تولید کِلینکِر، سوخت های فسیلی نظیر نفت، گاز و ذغال سنگ با منابع انرژی قابل بازیافت جایگزین شده اند. چندین بازیگر زنجیره ارزشی کامپوزیت ها با همکاری یکدیگر فرآیندی به نام فرآوری همزمان را ابداع نمودند که با استفاده از آن می¬توان کیفیت بازیافت کامپوزیت ها را ارتقاء بخشید.
در سال 2012 میلادی انجمن صنعت کامپوزیت اروپا به طور رسمی برنامه خود در زمینه "بازیافت وتوسعه پایدار" را مطرح کرد و از تولیدکنندگان کامپوزیت خواست که به طور جدی در این برنامه مشارکت داشته باشند. شرکت چند ملیتی دی اِس اِم (واقع در کشور هلند) سرپرستی این پروژه را بر عهده دارد و شرکت های هولکیم/جِیوسایکِل (تولید کننده سیمان، واقع در کشور آمریکا)، شرکت بازیافت زاجونز (واقع در کشور آلمان) و فایبِرلاین (تولید کننده الیاف با کارآیی بالا، واقع در کشور دانمارک) از مجریان این پروژه می باشند. به عنوان بخشی از پروژه مذکور، متخصصان شرکت دی اِس اِم و هولکیم تأثیر فرآیند تولید کِلینکِر سیمان بر روی محیط زیست را دقیقاً مورد ارزیابی قرار دادند.
تحلیل مذکور بر اساس مدل ریاضی "ارزیابی تأثیرات محصول بر روی سلامت محیط زیست در طی عمر مفید آن" صورت گرفت. این مدل با همکاری مؤسسه فناوری فدرال سوییس (واقع در شهر زوریخ، کشور سوییس) طراحی شده است. طبق این تحلیل مشخص گردید که طی فرآیند تولید کِلینکِر سیمان، با استفاده از ضایعات آسیاب شده کامپوزیت تقویت شده با الیاف شیشه که با روش فرآوری همزمان بازیافت شده¬اند، می توان انتشار گاز دی اکسید را به طور قابل توجهی کاهش داد.
بسته به مقدار کامپوزیت آسیاب شده ای که به مواد اولیه کِلینکِر سیمان اضافه می شود و با توجه به روش پخت سیمان (تَر، نیمه تر، خشک یا نیمه خشک)، انتشار گاز دی اکسید کربن حداکثر 16% کاهش می یابد. لازم به ذکر است که در روش تَر، خاک رس مصرفی در دستگاه دوغاب ساز به دوغاب تبدیل می گردد. سپس این دوغاب به همراه سنگ آهک در آسیاب مخلوط شده و نرم می گردد و غلظت آن افزایش می یابد. آنگاه به عنوان خوراک کوره مورد استفاده قرار می گیرد. در روش نیمه تَر، مواد خروجی از آسیاب به صورت دوغاب است و قبل از ورود به کوره توسط پرس آب آن گرفته می شود وبه صورت کیک (حبّه) در می آید.
در روش نیمه خشک، مواد اولیه به صورت خشک با یکدیگر مخلوط گشته و وارد آسیاب می گردند. مواد خروجی از آسیاب به صورت پودر است. قبل از تغذیه این پودر به کوره، مقداری آب روی آن پاشیده می شود و به صورت حبّه در می آید. در روش خشک نیز مواد اولیه خشک وارد آسیاب می گردند و پودر خروجی از آسیاب به عنوان خوراک کوره مصرف می شود.
Carbon-dioxide-emissions.jpg
نتیجه مدل ریاضی "ارزیابی تأثیرات محصول بر روی سلامت محیط زیست در طی عمر مفید آن" این است که در آینده نزدیک ضایعات آسیاب شده کامپوزیتی در فرآیند پخت سیمان مورد استفاده قرار خواهند گرفت. زیرا این ارزیابی نشان داد که می توان بدون نگرانی درباره محیط زیست، ضایعات کامپوزیتی یا کامپوزیت هایی که عمر مفید آنها به پایان رسیده است را با روشی مقرون به صرفه بازیافت نمود و مجدداً از آنها استفاده کرد. به این ترتیب در آینده استفاده از کامپوزیت ها بیشتر رونق خواهد گرفت. به علاوه طرف هایی که پروژه مذکور را پیشنهاد کردند، نشان دادند که نسبت به صنعت کامپوزیت متعهد هستند و این خود عامل دیگری است که به رونق کامپوزیت ها کمک خواهد نمود.


ادامه دارد...
منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
موفقیت های چشمگیر در بازیافت کامپوزیت ها (قسمت چهارم)

موفقیت های چشمگیر در بازیافت کامپوزیت ها (قسمت چهارم)

پیشرفت های قابل توجه در بازیافت کامپوزیت ها
می توان طی چند سال اخیر استفاده از روش فرآوری همزمان برای بازیافت کامپوزیت های الیاف شیشه روند رو به رشدی داشته است. شرکت بازیافت زاجونز (واقع در شهر میلبِک، کشور آلمان) یک کارخانه بازیافت ضایعات پلاستیک های تقویت شده با الیاف را راه اندازی نموده است و در آن تیغه های توربین بادی، پروفیل های پالترود شده و قطعات متفرقه کامپوزیتی را فرآوری نموده و سپس آنها را آسیاب می کند. آنگاه مواد آسیاب شده با نسبت خاصی به مواد اولیه دیگر افزوده می شوند تا کامپوزیت حاصل ارزش حرارتی لازم را به دست آورد.
شرکت زاجونز ضایعات کامپوزیتی را از سراسر اروپای شمالی و مرکزی جمع آوری می کند و آنها را به کارخانه سیمان سازی هولکیم (واقع در شهر لائِگِردورف آلمان) می فرستد. در این کارخانه، ضایعات مذکور فرآوری شده و به کِلینکِر سیمان تبدیل می شوند. در سال 2012 میلادی شرکت بازیافت زاجونز حدود 5000 تن ضایعات کامپوزیتی آسیاب شده را به کارخانه هولکیم فرستاد. در سال 2013 میلادی 8000 تن دیگر به این مقدار افزوده شد. به این ترتیب معلوم می گردد که فرآیند بازیافت کامپوزیت ها رشد چشمگیری داشته است.
در صورتیکه در کارخانه های پخت سیمان سالانه از 20,000-15,000 تن ضایعات کامپوزیتی استفاده شود، آنگاه می توان روی بازار کامپوزیت های بازیافتی بیشتر سرمایه گذاری کرد و بالطبع درآمد قابل توجهی کسب نمود. بنابراین باید در کوتاه مدت ضایعات کامپوزیتی سراسر اروپا و سایر نقاط جهان جمع آوری شوند و راهی کارخانه های سیمان سازی گردند. در بلند مدت نیز باید مراکز جمع آوری ضایعات کامپوزیتی به نزدیکی کارخانه های سیمان منتقل گردند. ضمناً باید کارخانه های بیشتری تأسیس شوند تا در آنها ضایعات کامپوزیتی آسیاب شده فرآوری و بازیافت گردند. کوتاه شدن فاصله مراکز بازیافت و کارخانه های تولید سیمان در پایین آمدن آثار زیانبار انتشار گاز دی اکسید کربن تأثیر چندانی ندارد اما در کاهش هزینه حمل و نقل بسیار مؤثر خواهد بود.
انجمن صنعت کامپوزیت اروپا و شرکت چند ملیتی دی اِس اِم (واقع در کشور هلند) به طور مستقیم در تأمین نیازهای تدارکاتی پروژه بازیافت کامپوزیت ها دخالتی ندارند. بلکه این دو با همکاری شرکایی نظیر شرکت جِیوسایکِل (بخش مدیریت بازیافت شرکت هولکیم) و شرکت زاجونز، شرکت هایی که در منطقه جغرافیایی خاصی قرار دارند را گرد هم می آورند و یک شبکه بازیافت کامپوزیت ها را تشکیل می دهند.

پروژه بازیافت کامپوزیت ها چشم انداز روشنی در پیش رو دارد
بازیافت کامپوزیت های دست دوم آسیاب شده با روش فرآوری همزمان راه حل قابل اطمینانی است که با استفاده از آن می توان سازه ها و قطعات کامپوزیتی را در کوره پخت سیمان بازیافت کرد و به آنها عمر دوباره-ای بخشید. به این ترتیب تولید کنندگان اصلی و طراحان محصولات مذکور گاز دی اکسید کربن کمتری وارد جّو خواهند کرد و به تعهد خود در قبال محیط زیست عمل خواهند نمود. بنابراین در آینده نه چندان دور استفاده از کامپوزیت ها بیشتر رونق می گیرد. در پروژه مذکور، شرکت های دی اِس اِم، جِیوسایکِل و انجمن صنعت کامپوزیت اروپا نشان دادند که همچنان نسبت به رونق گرفتن صنعت کامپوزیت متعهد هستند.
co2-publication-percent.jpg
ادامه دارد...
منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
موفقیت های چشمگیر در بازیافت کامپوزیت ها (قسمت پنجم/آخر)

موفقیت های چشمگیر در بازیافت کامپوزیت ها (قسمت پنجم/آخر)

نکاتی در مورد بازیافت کامپوزیت ها
- کامپوزیت ها قابل بازیافت هستند. بازیافت کامپوزیت ها در کوره پخت سیمان و با روش فرآوری همزمان، هم از لحاظ فنی و هم در مقیاس تجاری قابل اجرا می باشد. امروزه شرکت هایی وجود دارند که زنجیره تولید و تدارکات بازیافت کامپوزیت ها را تشکیل می دهند. به این ترتیب از ضایعات بازیافت شده کامپوزیت ها به نحو احسن استفاده می گردد و کیفیت سیمان تولید شده هم تغییری نمی کند. بنابراین روش فرآوری همزمان در کوره پخت سیمان برای مدیریت ضایعات کامپوزیتی روشی ایده آل است زیرا صنعت تولید سیمان از لحاظ فنی پتانسیل لازم برای اجرای این روش را دارا می باشد ضمن اینکه فرآیند مذکور دوست دار محیط زیست بوده و از لحاظ اقتصادی کاملاً مقرون به صرفه می باشد.
- کامپوزیت های گرماسخت را نمی توان به راحتی بازیافت نمود و مواد اولیه آنها را جدا کرد. مواد کامپوزیتی از استحکام مکانیکی بالایی برخوردار هستند، در برابر مواد شیمیایی به خوبی مقاومت می کنند و دوام بالایی دارند. به همین جهت نمی توان به سادگی آنها را به مواد اولیه شان تبدیل نمود.
- کامپوزیت ها می توانند به کاهش آثار زیانبار انتشار گاز دی اکسید کربن کمک شایانی بنمایند. در مقایسه با مواد سنتی نظیر فولاد یا آلومینیم، کامپوزیت ها به حفاظت از محیط زیست بیشتر کمک می کنند. از آنجا که کامپوزیت ها سبک هستند، می توان حجم زیادی از آنها را طی یک مرحله حمل و نقل کرد. در نتیجه مصرف سوخت کاهش می یابد و گاز دی اکسیدکربن کمتری وارد جّو می گردد. به علاوه در صنعت ساخت و ساز، سبک بودن کامپوزیت ها سبب می گردد که سازه های کامپوزیتی راحت تر نصب گردند و به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز داشته باشند.در کاربردهای صنعتی نیز می توان بدون ایجاد وقفه در خط تولید، عملیات تعمیر و نگهداری کامپوزیت ها را اجرا نمود. همه این مزایا نشانگر آن هستند که کامپوزیت ها از عملکرد بالایی برخوردار می باشند. طول عمر بالا، کاهش مصرف انرژی حین فرآیند بازیافت کامپوزیت ها و پایین آمدن انتشار گاز دی اکسیدکربن همگی به نفع محیط زیست می باشند. در کارخانه های تولید سیمان نیز کامپوزیت های دست دوم آسیاب شده با کاهش دادن انتشار گاز دی اکسیدکربن، به سلامت محیط زیست کمک می کنند.
- فرآوری همزمان در کوره های پخت سیمان روشی است که با احتراق سوخت در این کوره ها تفاوت اساسی دارد. در فرآوری همزمان کامپوزیت های گرماسخت الیاف شیشه، مواد معدنی این کامپوزیت ها خرد میشوند و به عنوان یک ماده اولیه با ارزش مجدداً در تولید کامپوزیتها مورد استفاده قرار میگیرند. در حالیکه پس از آسیاب شدن کامپوزیت ها مواد آلی موجود در آنها به عنوان یک ماده سوختی با راندمان بالا وارد کوره پخت سیمان می گردند و به همراه مواد اولیه سیمان تحت فرآیند احتراق قرار می گیرند. در فرآیند احتراق کامپوزیت های آسیاب شده، مواد معدنی خردشده مجدداً مورد استفاده قرار نمی گیرند بنابراین با روش فرآوری همزمان، بازیافت نمی گردند. به علاوه گرمایی که در نتیجه فرآیند احتراق ایجاد می شود، خیلی زیاد نیست. بنابراین برای تولید سیمان باید علاوه بر ضایعات کامپوزیتی از سوخت های دیگری نظیر سوخت فسیلی نیز استفاده گردد.
- بازیافت کامپوزیت ها به روش فرآوری همزمان در کوره پخت سیمان، مطابق استانداردهای اتحادیه اروپا می باشد. روش مذکور در چارچوب یکی از بخشنامه های اتحادیه اروپا می باشد که به منظور استفاده مجدد از ضایعات تدوین گشته است. برنامه مذکور که تحت عنوان European Waste Framework Directive (WID) EC/98/2008 شناخته میگردد، به مدیریت ضایعات در صنعت کامپوزیت پرداخته است. اجرا شدن روش فرآوری همزمان از یک سو بازیافت کامپوزیت ها و از سوی دیگر بازیافت انرژی را در پی دارد.



منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
فرآیند پیوسته بازیافت کامپوزیت های الیاف کربن (قسمت اول)

فرآیند پیوسته بازیافت کامپوزیت های الیاف کربن (قسمت اول)

بازیافت کامپوزیتها در حجم انبوه مشکلی است که تا کنون برای آن راه حلی پیدا نشده بود. معمولاً برای بازیافت کامپوزیتها یا آنها را آسیاب میکنند و فقط از آنها به عنوان پرکننده کامپوزیت استفاده مینمایند یا آنها را تجزیه میکنند که مورد اخیر با فناوریهایی صورت می گیرد که به محیط زیست آسیب وارد می کنند. در هر دو روش، از کامپوزیت ها ضایعات فراوانی بر جای می ماند که دور ریخته می شود. شرکت اَدهِیِرنت تِکنالِجیز (واقع در کشور آمریکا) برای بازیافت این ضایعات و جدا کردن الیاف کربن و دیگر مواد اولیه موجود در آنها فناوری های ارزان قیمتی ابداع نموده است. از آنجا که ماده زمینه ضایعات کامپوزیتی را پلیمرهای گرمانرم و گرماسخت، فلزات، رنگدانه و مواد آب بند کننده تشکیل می دهند، لازم است که با یک فرآیند همزمان و بدون نیاز به مراحل وقت گیر و هزینه بر آماده سازی، تمام این مواد را طی یک مرحله بازیافت نمود. برای رسیدن به این هدف، شرکت اَدهِیِرنت تِکنالِجیز طی یک فرآیند سه مرحله¬ای ضایعات کامپوزیت ها را بازیافت می نماید. این فرآیند از یک واکنش گرمازا و سه واکنش شیمیایی بر روی فاز مایع (واکنش شیمیایی مرطوب، سنتز تر یا مرطوب) تشکیل شده است. این سه مرحله به صورت آزمایشی انجام شده اند.

الیاف کربن ماده اولیه گران قیمتی می باشد و این خود بزرگترین عاملی است که نمی گذارد در صنایعی نظیر خودرو به طور گسترده از آن استفاده شود. اما در این صنایع استفاده از الیاف کربن بازیافت شده مقرون به صرفه است. بنابراین می توان با فناوری های ارزان قیمت و دوستدار محیط زیست الیاف کربن را بازیافت کرد و در فرآیندهایی نظیر تولید آمیزه های قالبگیری ورقه ای از آنها استفاده نمود. به این ترتیب صنایعی نظیر صنعت خودرو همواره به الیاف کربن ارزان قیمت دسترسی خواهند داشت و این صنعت می تواند از کامپوزیت های الیاف کربن بیشتر بهره مند گردد. ضمناً با استفاده از فناوری های جدید بازیافت الیاف کربن میزان ضایعات کامپوزیت ها به شدت کاهش می یابد و در بلند مدت به سلامت محیط زیست کمک شایانی خواهد شد.
الیاف کربن یکی از مهمترین تقویت کننده های مواد کامپوزیتی به شمار می رود. در فرآیندهای پیچش الیاف، لایه چینی نواری یا چیدمان الیاف معمولاً از الیاف بلند کربن استفاده می گردد. اما در قالبگیری تزریقی و در تولید آمیزه قالبگیری ورقه ای از الیاف کوتاه کربن استفاده می شود. الیاف کربن از رسانایی الکتریکی بالایی برخوردار هستند بنابراین در تولید محفظه قطعات الکترونیکی بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. ضمناً الیاف مذکور در برابر تداخل امواج الکترومغناطیسی مقاوم هستند از این رو در تلفن های همراه برای استفاده از آنها پتانسیل زیادی وجود دارد.
با وجود تمام این مزایا، الیاف کربن گران است. به عبارت دیگر قیمت آن تقریباً ده برابر الیاف شیشه می باشد. ضمناً الیاف کربن به وفور در بازار یافت نمی شود. الیاف کربن خرد یا آسیاب شده از الیاف بلند کربن کمیاب تر هستند. شرکت اَدهِیِرنت تِکنالِجیز در پی اجرای برنامه بازیافت خود، با استفاده از یک فناوری مقرون به صرفه الیاف کوتاه کربن را تولید کرده است. این شرکت برای بازیافت الیاف کربن از ضایعات کامپوزیتی و از کامپوزیتهایی که عمر مفید آنها به پایان رسیده است، از سه فرآیند پیوسته استفاده می کند. با این فناوری می توان ضایعاتی نظیر اضافات بریده های کامپوزیت و پیش آغشته هایی که تاریخ مصرف آنها گذشته است را به راحتی بازیافت نمود البته به شرطی که ضایعات مذکور تمیز باشند و به شستشو نیازی نداشته باشند. تنها به صِرف تمیز بودن ضایعات نمی توان آنها را بازیافت کرد بلکه باید تمام ضایعات ریز و درشت از هم جدا شوند و مواد غیر قابل استفاده¬ای نظیر روکش پلی اتیلن و اجسام تیز و برنده ای که هنگام جارو کردن کف کارگاه با ضایعات مخلوط شدند، کنار گذاشته شوند. البته جدا کردن این مواد نیز هزینه بر است چون برای انجام این کار باید کارگرانی استخدام شوند و به آنها دستمزد پرداخت گردد. بنابراین برای بازیافت اینگونه ضایعات باید از فناوریهایی استفاده گردد که از همان ابتدا موادی که با ناخالصی ها مخلوط شده اند، به سیستم بازیافت وارد شوند. ضایعاتی نظیر بدنه و بال هواپیماهای قدیمی، فیرینگ (پوشش) موشک ماهواره بر و مخازن تحت فشاری که عمر مفید آنها به پایان رسیده با خود مواد زائدی به همراه دارند که باید جدا شوند.
شرکت اَدهِیِرنت تِکنالِجیز با همکاری شرکت هایی که هواپیماهای تجاری را بازیافت می کنند، کیفیت مواد اولیه به دست آمده از بازیافت هواپیماهای امروزی را مورد آزمایش قرار داد. آزمایش های مذکور نشان دادند که کمتر از 50% مواد اولیه پایدار کننده های هواپیمای اف/ اِی-18 (جت جنگی دو موتوره که با سرعت مافوق صوت حرکت می کند) را کامپوزیت های الیاف کربن تشکیل می دهند و بخش اعظم این پایدار کننده ها از فلز، مفتول و مواد پلاستیکی می باشد. لازم به ذکر است در هواپیماها پایدار کننده یا دم افقی، سطحی است که در انتهای هواپیماها قرار گرفته و یک نیروی متعادل کننده اعمال می کند که در صورت تغییر محل مرکز جرم و تغییر سرعت، تعادل هواپیما حفظ گردد. پایدار کننده عمودی نیز کمک می کند تا هواپیما در جهت باد قرار گیرد و نوک هواپیما را در جهت پرواز نگه می دارد.
هدف از انجام آزمایش مذکور این بود که از مواد اولیه هواپیماهای بازیافتی مجدداً استفاده شود و با بهره گیری از الیاف کربن موجود در آنها محصولات کامپوزیتی جدیدی تولید گردد. شرکت اَدهِیِرنت تِکنالِجیز برای بازیافت الیاف کربن از ضایعات کامپوزیتی، سه فناوری مختلف را مورد استفاده قرار داد. این فناوری ها عبارت بودند از: پیرولیز (گرماکافت) تحت خلأ، فرآیند رسوب دهی شیمیایی فاز مایع در دمای پایین و فرآیند رسوب دهی شیمیایی فاز مایع در دمای بالا. لازم به ذکر است که رسوب دهی فاز مایع (تَرسیب شیمیایی) فرآیندی است که طی آن مواد مایع در واکنش های شیمیایی شرکت کرده و غلظت آنها افزایش یافته و رسوب می کنند. هر کدام از این فرآیندها به خودی خود نقاط ضعفی دارند که روی کیفیت محصول بازیافت شده تأثیر می گذارد. ضمناً با فرآیندهای مذکور نمی-توان به طور صد در صد از مواد بازیافت شده ناخالصی ها را حذف کرد. به علاوه استفاده از این فرآیندها هزینه بازیافت را بالا می برد. اما با استفاده همزمان از این فرآیندها می توان با هزینه نسبتاً کم از مواد بازیافتی محصولات درجه یکی تولید نمود.




منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
فرآیند پیوسته بازیافت کامپوزیت های الیاف کربن (قسمت دوم)

فرآیند پیوسته بازیافت کامپوزیت های الیاف کربن (قسمت دوم)

مراحل آزمایشی بازیافت با فناوری شرکت اَدهِیِرنِت تِکنالِجیز
طبق استاندارد ASTM 3379 استحکام کششی و مدول یانگ الیاف تک رشته ای بازیافت شده اندازه گیری شد. برای این کار از تجهیزات آزمایش شرکت اینسترون استفاده گردید. سپس ماده زمینه کامپوزیت تجزیه گردید و طبق استاندارد ASTM D-3171 خواص حرارتی، الکتریکی، مکانیکی و خواص فیزیکی الیاف کربن خالص اندازه گیری شد. آنگاه مواد بازیافت شده به صورت محلول در آمدند و با استفاده از روش کروماتوگرافی گازی توأم با طیف سنجی جرمی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. این روش با استفاده از دستگاه جی سی 17-آ-کیو پی 5000 شرکت شیمادزو (واقع در کشور ژاپن) اجرا شد. لازم به ذکر است که برای بررسی و جداسازی مواد فرّار از روش کروماتوگرافی گازی استفاده می گردد. در این روش از دو فاز ساکن و متحرک استفاده می شود. فاز متحرک یک گاز است که گاز حامل نامیده می شود.
قسمت های مختلف یک دستگاه کروماتوگرافی گازی عبارت است از: سیلندر گاز حامل، ادوات تنظیم فشار و جریان، محل تزریق نمونه، ستون کروماتوگرافی، آشکارساز، محفظه های گرمکن، ثبات، داده پرداز و نمایشگر. فشار و سرعت گازی که به دستگاه وارد می شود، توسط کنترل کننده های فشار تنظیم می گردند. نمونه های مورد آزمایش توسط سیستم تزریق به ستون کروماتوگرافی وارد می شوند و در آنجا جداسازی گشته و شسته می شوند. سپس از ستون کروماتوگرافی خارج شده و به یک سیستم ثبات فرستاده می شوند. آنگاه بر حسب زمان، مواد خروجی به صورت علائمی ثبت می گردند. تحلیل کیفی مواد خروجی بر اساس زمانی است که طول می کشد تا ترکیب از محل تزریق شسته شده و از ستون کروماتوگرافی خارج گردد. اما تحلیل کمّی بر اساس اندازه موادی است که از ستون مذکور خارج می شوند.
ضمناً طیف سنجی جرمی یکی از روش های طیف سنجی است که با استفاده از میدان های الکتریکی و مغناطیسی به بررسی نسبت جرم به بار مولکول ها می پردازد. به این ترتیب که می توان نمونه های فرّار را مستقیماً وارد دستگاه کرد اما نمونه هایی که فرّاریت کمتری دارند، باید به اتاق یونیزاسیون وارد شوند. در آنجا الکترون ها با سرعت بالا به هم برخورد کرده و با زاویه 90 درجه از یک میدان مغناطیسی قدرتمند عبور میکنند. یون های مذکور بر اساس نسبت جرم به بار از مسیر خود منحرف شده و بر روی یک آشکارساز متمرکز می شوند.
GC17.jpg




منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
فرآیند پیوسته بازیافت کامپوزیت های الیاف کربن (قسمت سوم)

فرآیند پیوسته بازیافت کامپوزیت های الیاف کربن (قسمت سوم)

Reactor01.jpg

تیجه و بحث

شرکت اَدهِیِرِنت تِکنالِجیز یک واحد پیرولیز تحت خلأ احداث نموده است که تصویر آن در شکل 1 ملاحظه میگردد. مواد بازیافتی از طریق یک نقاله مارپیچ وارد رآکتور میگردند پس توسط شیرهای پینچ در مسیر آنها خلأ ایجاد میگردد. حرارت داخل رآکتور توسط 4 مشعل گازسوز تأمین میشود. سپس توسط یک نقاله اتوماتیک که مانند یک نقاله مارپیچ به صورت مارپیچی حرکت میکند، مواد بازیافتی به جلو رانده میشوند. در این واحد آزمایشی برای اندازه گیری دما و خلأ تجهیزات دیگری نیز نصب شده است.
توضیح اینکه نقاله مارپیچ مکانیسمی است که در آن یک تیغه مارپیچ با حرکت دورانی داخل یک لوله میچرخد و مایعات یا گرانول را در لوله به حرکت در می آورد. شیر پینچ نیز یکی از انواع شیرآلات صنعتی است که برای کنترل سیالات دوغابی به کار میرود. این نوع شیر از یک لوله لاستیکی و بدنه فلزی تشکیل شده است. وظیفه بدنه و اجزای آن فقط باز و بسته کردن شیر است در حالیکه لوله لاستیکی فشار سیال را تحمل میکند.




در نگاه اول به نظر میرسد که در این واحد آزمایشی، ضایعات بازیافت شده کامپوزیتهای الیاف کربن از کیفیت بالایی برخوردار شوند اما یک بررسی اجمالی نشان داد متأسفانه آنطور که انتظار میرفت، الیاف از خلوص 5/99% برخوردار نگشته اند. تصاویر گرفته شده توسط میکروسکوپ اسکن الکترونی نشان داد روی سطح الیاف کربن رسوب ذغال وجود دارد. تشکیل ذغال بر روی الیاف قابل قبول نیست زیرا اجازه نمیدهد که الیاف کربن به رزین بچسبد. بنابراین کامپوزیتی که با استفاده از این الیاف تولید میشود، از استحکام پایینی برخوردار می گردد.
یکی از بزرگترین مزایای فرآیند گرماکافت (پیرولیز) این است که با استفاده از آن میتوان مواد با درصد بالای ناخالصی را نیز بازیافت نمود. در این فرآیند تمام مواد پلاستیکی که جزء ناخالصی محسوب میگردند، تجزیه میشوند. به این ترتیب الیاف کربن به راحتی از فلزات و مواد غیر آلی (موادی که در آنها عنصر کربن وجود ندارد) جدا میشوند.
شرکت اَدهِیِرِنت تِکنالِجیز تصمیم گرفت که برای تولید الیاف کربن با خلوص بالا از فرآیند رسوب دهی شیمیایی فاز مایع استفاده کند. معمولاً این فرآیند در دما و فشار بالا صورت میگیرد. در فناوری شرکت اَدهِیِرِنت تِکنالِجیز برای انتقال حرارت، از یک سیال و از کاتالیست انحصاری این شرکت استفاده شد. به این ترتیب خواص مکانیکی الیاف کربن بازیافتی به خواص الیاف کربن دست اول بسیار نزدیک بود. با تجزیه این الیاف کربن بازیافتی مشخص گردید که الیاف مذکور از خلوص 9/99% برخوردار هستند. تصاویر گرفته شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی حاکی از آن بود که بین این الیاف و الیاف دست اول تفاوت محسوسی وجود ندارد. اما آزمایشهای مکانیکی نشان دادند که در مقایسه با الیاف کربن دست اول، استحکام کششی الیاف کربن بازیافت شده 10% کاهش یافته است. اگرچه با فناوری شرکت اَدهِیِرِنت تِکنالِجیز خواص مکانیکی الیاف کربن بازیافتی ارتقاء یافت، اما تولید انبوه الیاف مذکور به سرمایه گذاری هنگفتی نیاز داشت. پارامترهای عملیاتی این واحد آزمایشی عبارت بودند از دمای بالاتر از 300 درجه سانتیگراد و فشار بیشتر از 500 پاوند بر اینچ مربع. از آنجا که پارامترهای مذکور خارج از حیطه دما و فشاری هستند که تجهیزات آزمایشگاهی بر اساس آنها طراحی شده اند، لازم بود که برای فرآیند انحصاری و پیوسته شرکت اَدهِیِرِنت تِکنالِجیز کوره اتوکلاو و شیرهای خاصی تولید گردد. به علاوه از آنجا که سیال انتقال دهنده حرارت در یک فرآیند طولانی مدت مورد استفاده قرار میگرفت، به تدریج روی ناخالصی هایی که نقطه جوش پایینی داشتند، رسوب می کرد. به این ترتیب فشار داخل مخزن رآکتور افزایش می یافت. بنابراین لازم بود که هر چند وقت یکبار رسوبات مذکور پاکسازی شود. در مرحله سوم فناوری شرکت اَدهِیِرِنت تِکنالِجیز از دما و فشار پایین استفاده میشد. به این ترتیب مخزن اختصاصی رآکتور مواد شیمیایی با پارامترهای استانداردی نظیر دمای 150 درجه سانتیگراد و فشار 150 پاوند بر اینچ مربع کار میکرد. کاتالیستی که در مرحله اول فناوری این شرکت مورد استفاده قرار می گرفت، در مرحله سوم این فناوری قابل استفاده نبود زیرا نمی توانست در دمای پایین از خود عملکرد خوبی نشان دهد. بنابراین استفاده از یک کاتالیست جدید سبب گردید که بتوان تحت پارامترهای مذکور الیاف کربن را به طور کامل بازیافت نمود. کیفیت الیاف بازیافتی نیز از الیافی که طی مرحله اول فناوری این شرکت تولید شده بودند، بهتر بود. فاز مایعی که در واکنش های شیمیایی به کار می رفت، همواره قابل استفاده بود و برای استفاده مجدد از آن هیچ محدودیتی وجود نداشت. شکل 2 رآکتور شرکت اَدهِیِرِنت تِکنالِجیز را نشان می دهد که به طور آزمایشی برای بازیافت کامپوزیت ها مورد استفاده قرار گرفت.

Reactor.jpg

منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
فرآیند پیوسته بازیافت کامپوزیت های الیاف کربن (قسمت چهارم/ آخر)

فرآیند پیوسته بازیافت کامپوزیت های الیاف کربن (قسمت چهارم/ آخر)

یکی از نقاط ضعف فرآیند دما پایین این است که نمیتواند بعضی از ناخالصیها را از بین ببرد. ضمن اینکه با چنین فرآیندی نمیتوان تمام انواع کامپوزیتها را با یک درجه خلوص بازیافت نمود. بازیافت برخی کامپوزیتها که در دمای بالا تولید میشوند، مدت زمان زیادی طول میکشد. بنابراین برای بازیافت کامپوزیتها باید در مورد خواص مواد اولیه آنها اطلاعات کافی در اختیار داشت.
الیاف کربنی که با فرآیند دما پایین بازیافت شدند، مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج این ارزیابی ها حاکی از آن بود که کیفیت آنها با الیافی که طی فرآیند دما بالا بازیافت شده بودند، تفاوتی نداشت. استحکام تسلیم تارهای الیاف کربن که از بازیافت ضایعات کامپوزیتی به دست آمدند، بهترین شاخصی است که نشان میدهد روش بازیافت آنها از کیفیت بالایی برخوردار بوده است. جدول 1 استحکام تسلیم الیاف کربنی را نشان میدهد که از بازیافت چهار نوع کامپوزیت مختلف به دست آمده اند. این مقادیر با استفاده از تجهیزات شرکت اینسترون اندازه گیری شدند.
Stability-CarbonFiber.jpg
استحکام تسلیم نمونه های 3-1، 10% استحکام تسلیم اسمی الیاف کربن بازیافت نشده ای نظیر AS4 (تولید شرکت هِکسِل) است که قطر آنها 7 میکرون می باشد. لازم به ذکر است که الیاف کربن AS4 از استحکام و کرنش شکست بالایی برخوردار می باشد. الیاف مذکور بر پایه پلی اکریلونیتریل است و در تاوهای K3، K6وK12 موجود می باشد. نمونه چهارم، قطعات کامپوزیتی مربوط به هواپیماهای نظامی بودند که الیاف کربن بازیافت شده از آنها استحکام بسیار پایینی داشتند. این امر می تواند به علت وجود الیاف کربن IM7 (الیاف با مدول متوسط) باشد که در تولید قطعات مذکور مورد استفاده قرار گرفته بودند. زیرا الیاف مذکور با وارد شدن یک بار 4/9 نیوتنی دچار شکست می گردند. به علت اینکه مشخصات قطعات مذکور جزء اطلاعات طبقه بندی شده و محرمانه می باشد، درباره آنها اطلاعات دقیقی در اختیار نمی باشد.
دومین معیار مهمی که نشان دهنده کیفیت بالای الیاف بازیافتی می باشد، درجه خلوص آنهاست. باقی ماندن رزین بر روی سطح الیاف باعث می گردد که بین الیاف و رزین چسبندگی خوبی ایجاد نشود و در نتیجه قطعاتی که با استفاده از الیاف بازیافت شده تولید می گردند، استحکام مطلوبی نداشته باشند. برای پیشگیری از این اتفاق لازم است رزینی که روی الیاف باقی مانده است به وسیله اسید تجزیه شود و آنگاه طبق استاندارد اِی اِس تی اِم دی 171 با روش وزن سنجی تجزیه ای، از قطعه مورد نظر جدا گردد. در روش وزن سنجی تجزیه ای، ماده واکنشگر رسوب دهنده به نسبت وزنی مشخص با جسم مورد نظر ترکیب می شود. سپس این ترکیب را صاف کرده و شستشو می دهند. آنگاه آن را خشک کرده و وزن می کنند. به ذره یا عنصر شیمیایی که در یک ماده وجود دارد و توسط روش های تجزیه مقدار آن محاسبه می گردد، آنالیت می گویند.
در فناوری شرکت اَدهِیِرِنت تِکنالِجیز، رزین زمینه کامپوزیت توسط ترکیبی از اسیدسولفوریک غلیظ و پِراکسید هیدروژن (آب اکسیژنه که یک اکسید کننده است و در رنگبری مورد استفاده قرار می گیرد) تجزیه شد. سپس الیاف باقیمانده از کامپوزیت وزن گردید و وزن آن با وزن قطعه کامپوزیتی اولیه مقایسه گردید. در آغاز، این کار به سختی انجام می شد زیرا به همراه تارهای نازک الیاف مقداری واکنشگر رسوب دهنده نیز از صافی عبور می کرد. به این ترتیب وزن سنجی قطعات کامپوزیتی به طور کامل طبق استاندارد اِی اِس تی اِم انجام نمی شد. زیرا طبق این استاندارد، انحراف استاندارد باید کمتر از 5% می شد که نتیجه آزمایش مذکور با این مقدار فرق داشت. بنابراین قبل از وزن سنجی تجزیه ای، الیافی که از صافی رد شده بودند، شستشو داده شدند تا هر نوع ناخالصی از آنها جدا گردد. به این ترتیب نتیجه آزمایش درست از آب در آمد و الیاف بازیافتی با خلوص بیش از 99% حاصل شد.



محصولی در فاز مایع

با استفاده از روش کروماتوگرافی گازی توأم با طیف سنجی جرمی، محلول حاوی الیاف کربن بازیافت شده تجزیه شد تا مواد با ارزش موجود در آن شناسایی گردد. توسط روش های کامپیوتری،درصد ترکیبات موجود در این محلول مشخص شد که در جدول 2 ملاحظه می¬گردد. پس از آزمایش بر روی 5 نمونه، نتایج مذکور ثبت گردید.
liquid.jpg
چنین ترکیبی بسیار شبیه ترکیبی است که در فرآیند بازیافت در دمای بالا مورد استفاده قرار می گیرد. بر روی فرآیند بازیافت کامپوزیتها در دمای بالا آزمایش های زیادی صورت گرفته است. نتایج آزمایش های مذکور حاکی از آن است که می توان از محلول حاوی الیاف کربن بازیافت شده به عنوان ماده اولیه رزین های فِنُل فُرم آلدِئید استفاده نمود. مگر اینکه محلول مذکور حاوی ترکیبات آمین دار باشد. اگر در کامپوزیت از رزین پُلی اورِتان استفاده شده باشد، در آخرین مراحل بازیافت کامپوزیت، ترکیبات آمین دار تشکیل می شود. ترکیبات مذکور حاوی مقادیر فراوان نیتروژن می باشند که پس از اختلاط با اکسیژن هوا یک گاز قابل انفجار تولید می کنند. با تجزیه هیدروکربن ها در دمای بالا و حذف کاتالیست ها می توان تمام ترکیبات آمین دار خطرناک را جدا نمود.



نتیجه گیری

برای فائق آمدن بر چالشهای موجود بر سر راه بازیافت کامپوزیتها میتوان از فرآیندی استفاده نمود که از سه مرحله پیوسته تشکیل شده است. در مرحله اول، ماده اولیه دارای ناخالصی در دمای بالا و تحت شرایط خلأ تجزیه میگردد. به این ترتیب مواد پلاستیک و تمام ترکیبات فرّار از کامپوزیت جدا میشود. حذف شدن مواد پلاستیک سبب میگردد که بتوان به راحتی فلزات و مواد غیر آلی را جدا کرد و کامپوزیت را تحت واکنش شیمیایی مرطوب قرار داد. به این ترتیب هزینه تجزیه شیمیایی و تمیز کردن تجهیزات بازیافت کاهش مییابد. ضمناً واکنش شیمیایی مرطوب این امکان را فراهم میکند که بتوان توسط نرم افزارهایی کسر حجمی کامپوزیت را پیش بینی نمود و میزان شکست رزین زمینه را اندازه گیری کرد. در نتیجه با بهره گیری از روش تجزیه با واکنش شیمیایی مرطوب (تجزیه با روش شیمی تَر) میتوان به راحتی کامپوزیتهای الیاف کربن را از یک محلول بازیافت نمود. لازم نیست که در این واکنشها از دمای بالا استفاده شود، بنابراین کربن موجود در این کامپوزیتها به ذغال تبدیل نمیشود و به صورت ناخالصی در نمی آید. در نتیجه کیفیت الیاف کربن بازیافتی کاهش نمییابد.
در مرحله دوم با استفاده از یک فرآیند که در دما و فشار پایین انجام میشود، رزین زمینه کامپوزیت جدا میگردد. فرآیند مذکور یک روش کاملاً مقرون به صرفه برای بازیافت الیاف کربن است. زیرا قبل از شروع مرحله تجزیه، بیشتر ناخالصیها از بین میرود و به این ترتیب حین فرآیند تجزیه میزان استفاده از مواد شیمیایی به شدت کاهش مییابد. به علاوه جدا کردن الیاف از محلول توسط دستگاه سانتریفیوژ با بازده بالا سبب میگردد که لازم نباشد مرتب الیاف کربن شستشو داده شود. برای تمیز کردن الیاف تنها کافی است که آن را با استون شستشو دهند که خود استون نیز قابل بازیافت میباشد.
در مرحله سوم طی یک واکنش تجزیه که در دمای بالا صورت میگیرد، تمام مواد اولیهای که در واکنش بازیافت شرکت نکرده بودند، جدا میشوند. از آنجا که مورد استفاده این مرحله تنها برای حذف مقادیر ناچیزی از مواد است، مقدار کمی از حلال کافی است تا مواد شرکت نکرده در واکنش را از بقیه کامپوزیت بازیافت شده جدا کند. به این ترتیب هزینه بازیافت کامپوزیتها کاهش مییابد. به علاوه در این مرحله موادی که نقطه جوش پایینی داشته باشند، تشکیل نمیشوند بنابراین نیازی نیست که در فواصل بین این سه مرحله مرتب محلول مورد بازیافت خالص سازی شود.


منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت
 

Similar threads

بالا