Nowe zastosowania odpadów kompozytowych z samolotów
Materiały kompozytowe cieszą się coraz większą popularnością w konstrukcjach samolotów ze względu na wyjątkowe właściwości – niską masę, bardzo dużą wytrzymałość mechaniczną i łatwość produkcji. Niestety, rosnąca popularność przekłada się na większą ilość odpadów kompozytowych. Problem ten zwrócił uwagę naukowców, którzy podjęli pracę nad metodami pozwalającymi na ponowne wykorzystanie części kompozytowych wycofanych z eksploatacji. Tworzywa termoplastyczne(odnośnik otworzy się w nowym oknie) mogą być w większości przypadków poddawane recyklingowi ze względu na łatwość ich ponownego podgrzania oraz uformowania w nowy element. „Współcześnie stosowane metody recyklingu mające na celu przedłużenie okresu eksploatacji części kompozytowych pozwalają na odzysk blisko 80 % włókien termoplastycznych, a jednocześnie umożliwiają zachowanie właściwości mechanicznych przetworzonych włókien węglowych”, wyjaśnia Pablo Ferrer Pérez, koordynator finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu SPARTA(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Bezwartościowe odpady, wartościowe surowce
Zespół projektu SPARTA opracował nowatorską, przyjazną dla środowiska i wydajną metodę recyklingu zużytych części i komponentów, która pozwoli lepiej zagospodarować elementy z tworzyw termoplastycznych wzmacniane włóknem węglowym po ich wycofaniu z eksploatacji. Nowatorski proces pozwala na ograniczenie negatywnego wpływu na środowisko wszystkich procesów związanych z produkcją rozwiązań dla sektora lotniczego, począwszy od produkcji materiałów pierwotnych i kompozytów, a kończąc na ich recyklingu. Większość demontowanych elementów systemów lotniczych, samolotów lub innych środków transportu charakteryzuje się dużymi rozmiarami i grubością przekraczającą 4 milimetry. Technologie obróbki tworzyw sztucznych, takie jak między innymi prasowanie(odnośnik otworzy się w nowym oknie), nie oferują wielu możliwości w zakresie przetwarzania oraz ponownego wykorzystania takich elementów. „Opracowana przez nasz zespół koncepcja cięcia kompozytów zastępuje ruch obrotowy pomiędzy narzędziem tnącym a obrabianym przedmiotem ruchem liniowym w celu uzyskania wiórów o jednolitej grubości. Główną zaletą technologii opracowanej w ramach projektu SPARTA jest możliwość przetwarzania laminatów w dowolnym kierunku w celu uzyskania cienkich taśm zawierających długie włókna”, wyjaśnia Ferrer Pérez. Ostatecznym celem jest uzyskanie płaskich fragmentów, które można w łatwy sposób poddać obróbce przez formowanie. „Nasze narzędzie do cięcia kompozytów termoplastycznych może wytwarzać fragmenty o wymiarach 50 x 6 x 0,15 mm3, a wydajność produkcji wynosi do 32 kilogramów taśm na godzinę przy zużyciu energii poniżej 4,6 kWh na kilogram materiału”, dodaje Ferrer Pérez.
Zyskowny recykling surowców
„Dokładna metoda kalibracji jest kluczowa dla uzyskania precyzyjnych pomiarów rozmieszczenia jednokierunkowych taśm. Rozwiązuje także problem wysokich kosztów pracy, konieczności inwestowania w rozwiązania sprzętowe oraz wad w procesie układania”, zauważa Ferrer Pérez. Rozwiązanie opracowane w ramach projektu SPARTA skutecznie rozwiązuje te problemy dzięki wykorzystaniu kobota, który automatyzuje proces układania i konsolidacji materiału. Opracowana z myślą o projekcie głowica z chwytakiem umieszcza każdą taśmę w urządzeniu do prasowania zgodnie z modelem opracowanym w oprogramowaniu CAD, aby uzyskać jednolity panel. Efektem tego procesu jest element wykonany z pochodzących z recyklingu długich i ciągłych taśm zawierających włókna ułożone w jednym kierunku. „Automatyzacja rozwiązania pozwala nam na zmniejszenie kosztów pracy oraz ogranicza liczbę wad wynikających z błędów podczas układania. Obecnie szacowany koszt kilograma materiału z recyklingu wynosi 37 eurocentów – dzięki temu jest konkurencyjną cenowo alternatywą dla pierwotnego włókna węglowego, którego cena przekracza 30 euro za kilogram”, zauważa Ferrer Pérez.
Zrównoważone samoloty tuż za rogiem
Aby zagwarantować, że właściwości mechaniczne materiału pochodzącego z recyklingu dorównują właściwościom komercyjnych kompozytów przygotowanych z użyciem pierwotnych włókien węglowych, badacze usprawnili niektóre procesy opracowane w ramach projektu w celu zapewnienia odpowiedniej objętości, rozmiaru, masy i rozmieszczenia włókien. „Wykorzystanie odpadów pozwala nam skrócić czas wprowadzania na rynek nowych produktów dla sektora lotnictwa, ponieważ dzięki temu nie musimy zwracać uwagi na dostępność surowca, a także jego odpowiednie magazynowanie czy wahania cen. Zastosowanie prasowania zapewnia szybki czas obróbki elementów. Projekt SPARTA stanowi odpowiedź na obawy dotyczące wpływu na środowisko nie tylko samej eksploatacji samolotu, ale także wytwarzania materiałów kompozytowych. Tym sposobem nasze prace wpisują się w inicjatywy i ambicje Unii Europejskiej dotyczące gospodarki o obiegu zamkniętym”, podsumowuje Ferrer Pérez.
