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德國公司布局復合材料自動化前沿技術,用儲氫瓶回收碳纖維制造汽車結構件

2023-07-18 來源:CW 瀏覽數:1213

德國公司布局復合材料自動化前沿技術,用儲氫瓶回收碳纖維制造汽車結構件

   德國Voith Composites公司主要業務是生產汽車零部件,且專注于自動化和復合材料4.0工藝。最近,該公司利用其在新興氫經濟領域的專業知識,為重型貨物運輸行業提供了700巴的儲氫罐。與傳統的纖維纏繞碳纖維增強聚合物(CFRP)儲罐相比,該儲罐采用自動絲束纏繞工藝制造,重量更輕,氫氣容量更高。
  
  
  
  與此同時,Voith Composites還專注于可持續發展,尤其是在汽車制造商面臨越來越大的壓力,要求其零部件采用回收和可持續發展解決方案的情況下。因此,在過去的一年里,Voith Composites一直專注于開拓創新技術和合作伙伴關系,以使其高壓碳纖維儲罐在其15年壽命結束時能夠回收,以及使用由此產生的回收碳纖維制造新汽車部件的解決方案。
  
  Voith Composites及其合作伙伴,包括日本東麗、德國特諾沃和意大利德爾塔普雷格公司,正在研究兩種不同的回收工藝,一種用于回收制造廢料,另一種用于儲氫罐等報廢(end-of-life,EOL)零件。
  
  在第一種工藝過程中,Voith氫氣罐纏繞過程中產生的干碳纖維切屑被收集起來,并將其切割至約60毫米長。這些纖維被定向制造成干態的非織造織物,用樹脂浸漬,然后鋪成預浸料堆,在閉模過程中壓制成最終的終端應用結構件。該工藝已經用于制造汽車示范零部件。在法國巴黎舉行的JEC World 2023上,Voith就展示了一種與歐洲汽車制造商合作制造的用于加固跑車車底的結構部件。

 
  
  
Voith公司在JEC World2023上展示利用回收碳纖維加工的汽車結構件
  
  在第二種回收工藝中,使用基于酸性溶劑分解工藝從已達到報廢的復合材料部件中提取碳纖維和樹脂。在這個過程中,60-80毫米的碳纖維被提取出來,并在一個單獨的過程中,重新定向和再制造成50毫米寬的單向帶,然后用環氧樹脂浸漬。隨后使用Voith Roving Applicator(VRA)技術將預浸膠帶定制成新汽車部件的預成型件,這是一種將膠帶切割成預定長度并以指定角度放置的自動化工藝。
 
 
  
  
Voith公司使用VRA技術將預浸膠帶切割并放置在定制鋪層中
  
  目前,切碎的報廢零件被送入中試規模的裝置,得到的纖維長度相對較短(高達80毫米)。未來,目標是將該工藝擴展到連續纖維,如Voith 的絲束纏繞高壓儲氫罐中使用的纖維,而另一個目標則是將提取的樹脂成分再制造成新的樹脂。
  
  在過去的一年里,Voith 報告稱,這一過程的工作一直在進行中,主要目標是確定是否可以用回收的碳纖維制造出功能齊全的部件。這項工作包括確定疊層的壓制效果、樹脂的流動方式和碳纖維的性能,所有這些對于確定如何微調變量以及如何使制造過程適應公司的回收理念都很重要。
  
  目前,Voith正在繼續測試原型零件和試件,據報道,到目前為止,結果是積極的。例如,與原始碳纖維相比,再生碳纖維(rCF)帶的拉伸強度在80-90%的范圍內。
  
  
Voith Composites公司儲氫瓶自動化制造設備
  
  Voith Composites公司的國際銷售經理Mario Krupka解釋說,隨著這兩種工藝的不斷發展,下一步將轉向生物基或再生樹脂及其rCF。第一步是用標準環氧樹脂體系浸漬rCF,與典型的原始CF帶中使用的樹脂相匹配;第二步是將rCF與另一家供應商的玻璃化環氧樹脂結合。由于其具有熱塑性,這種樹脂可以熔化,因此更容易回收;最后一步是使用100%生物基環氧樹脂系統,或從溶劑解回收過程中提取的環氧樹脂。
  
  對于這兩種工藝,回收本身由Voith的合作伙伴完成,然后Voith將使用回收材料在其生產設施生產CFRP部件。Krupka介紹說:“這就是我們打算在15年后賦予儲氫罐第二次生命的方式,將其制作成為功能齊全的CFRP汽車結構部件。”Voith表示,它將繼續與汽車制造商合作伙伴合作,最終目標是將rCF部件納入生產運動型和豪華型汽車。
  
  

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