碳纖維增強(qiáng)塑料汽車部件-以重復(fù)使用代替回收

 

    即使近年來關(guān)于碳纖維增強(qiáng)塑料的炒作逐漸降溫，但是公認(rèn)的是，如果只考慮機(jī)械性能，碳纖維增強(qiáng)塑料仍然是卓越的輕量化材料。在疲勞強(qiáng)度及其特定的機(jī)械性能方面，這種材料獨(dú)樹一幟。

 

    然而，現(xiàn)在對(duì)這種材料的熱情與批評(píng)的聲音交織在一起，因?yàn)樘祭w維增強(qiáng)塑料不僅價(jià)格昂貴，而且制造起來也極其耗費(fèi)能源。另一個(gè)癥結(jié)是碳纖維增強(qiáng)塑料部件的報(bào)廢問題，因?yàn)槔w維復(fù)合材料的循環(huán)經(jīng)濟(jì)運(yùn)作的先決條件還遠(yuǎn)未得到滿足。盡管第一批纖維復(fù)合材料的回收廠已經(jīng)存在，但正如聯(lián)邦環(huán)境局的Petra Weißhaupt在采訪中解釋的那樣，吞吐率仍然很低，回收的纖維通常只能用于低質(zhì)量的產(chǎn)品。

    德國弗勞恩霍夫IWU研究所與Edag和Invent公司在FiberEUse研究項(xiàng)目中開發(fā)了一種更可持續(xù)利用碳纖維增強(qiáng)塑料的方法?；镜南敕ㄊ?，首先不必回收車輛上破舊的碳纖維增強(qiáng)塑料結(jié)構(gòu)，而是將其重新使用。

 

    在第一步中，項(xiàng)目組確定了汽車部件，這些部件一方面具有很高的再利用潛力，另一方面可以用碳纖維增強(qiáng)塑料制造。最后，選擇了一個(gè)電池支撐平臺(tái)的框架結(jié)構(gòu)和一個(gè)座椅結(jié)構(gòu)作為示范對(duì)象。該平臺(tái)的設(shè)計(jì)方式是，它適合作為新一代汽車的基本框架，但獨(dú)立于車輛設(shè)計(jì)，除了基本的車輛尺寸之外。設(shè)計(jì)中的決定性標(biāo)準(zhǔn)是CFRP框架既可重復(fù)使用又能防撞。

 

    開發(fā)的框架基本上由四個(gè)拉擠型材組成，通過散裝模塑化合物制成的元件相互連接。前面和后面的鋁制碰撞元件以及橫向連接的鋁型材在發(fā)生碰撞時(shí)吸收能量，從而使碳纖維增強(qiáng)塑料結(jié)構(gòu)盡可能地保持保護(hù)。該座椅由一個(gè)碳纖維增強(qiáng)塑料支撐結(jié)構(gòu)組成，帶有可更換的內(nèi)飾和座椅套。它的設(shè)計(jì)方式是，如果需要，單個(gè)座椅也可以組合成長椅。

 

    為了連接各個(gè)部件，工程師們正在依靠可拆卸的粘合劑，并正在考慮兩種可能的方法。第一種方法是基于熱膨脹顆粒（TEP），它被添加到粘合劑中。當(dāng)加入熱量時(shí)，充滿氣體的TEP會(huì)膨脹50至100倍，從而打破粘合劑。通過額外添加鐵粉，該粘合劑也可以被感應(yīng)加熱。對(duì)于第二種方法，他們提出在粘合的接頭處集成一根電阻絲，當(dāng)施加電壓時(shí)，它就會(huì)加熱。作者評(píng)估這些額外的元素對(duì)粘合強(qiáng)度的影響很低。

 

    根據(jù)作者的說法，碳纖維增強(qiáng)塑料車身的生命周期排放低于可比的金屬概念，即使在第一次重復(fù)使用后也是如此。作者將車隊(duì)經(jīng)營者列為可能的用戶，他們也可以從該平臺(tái)獲得經(jīng)濟(jì)利益。

 

    由弗勞恩霍夫IWU、Edag和Invent公司開發(fā)的帶座椅的車輛平臺(tái)的碳纖維增強(qiáng)塑料結(jié)構(gòu)可以重新使用。