Recycling von Carbonfasern: die induktive Erwärmung sowie die Solvolyse mittels superkritischer Fluide als Verfahren zur Faser-Matrix-Separation
Seiten
2017
|
1. Aufl.
Mensch & Buch (Verlag)
978-3-86387-817-7 (ISBN)
Mensch & Buch (Verlag)
978-3-86387-817-7 (ISBN)
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In der vorliegenden Arbeit wird erstmals die Faser-Matrix-Separation mittels elektromagnetischer Induktion untersucht. Grundlage des Separationsverfahrens ist die selektive Erwärmung der leitfähigen Carbonfasern mittels elektromagnetischer Induktion. Infolge der selektiven und unmittelbaren Erwärmung der Carbonfasern werden geringere Energieeinträge und deutlich kürzere Prozesszeiten im Vergleich zu herkömmlichen Faser-Matrix-Separationsmethoden erwartet. Dies sind Voraussetzungen für ein ressourceneffizientes Faser-Matrix-Separationsverfahren. Grundlegend für diesen Teil der Arbeit ist die Konzipierung, Entwicklung sowie die Realisierung eines geeigneten Versuchsaufbaus, mit welchem die induktive Faser-Matrix-Separation durchgeführt wird. Im Rahmen der Arbeit werden die zur Erwärmung der Carbonfasern beitragenden Erwärmungsmechanismen sowie der Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter auf den Separationsprozess und die Eigenschaften der rezyklierten Carbonfasern untersucht. Ergänzend wird eine ökologische Betrachtung des Separationsverfahrens durchgeführt. Ein wichtiger Aspekt beim Recycling von Carbonfasern ist der Wiedereinsatz der separierten Carbonfasern als Verstärkungsfasern in einer Kunststoffmatrix. Die verstärkende Wirkung der Carbonfasern ergibt sich aus einer sehr guten Anbindung zwischen Carbonfaser und Matrix. Eine entscheidende Anforderung an die Eigenschaften rezyklierter Carbonfasern sind somit Oberflächeneigenschaften, welche sehr gute Faser-Matrix-Anbindungen gewährleisten. Zur Bewertung des entwickelten induktiven Faser-Matrix-Separationsprozesses werden in dieser Arbeit erstmals die induktiv separierten Carbonfasern in ein neues Epoxidharz eingebettet und die Faser-Matrix-Anbindung mikromechanisch bestimmt.
Neben der induktiven Faser-Matrix-Separation wird die Separation mittels superkritischer Fluide in Kapitel 6 diskutiert. Der Separationsprozess wird in Zusammenarbeit mit dem Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux CNRS-UPR 9048 der Universität Bordeaux untersucht. Bei diesem Faser-Matrix-Separationsverfahren werden unterschiedliche Medien (Wasser und ein Gemisch aus Wasser und Ethanol) durch den Einsatz von Druck und hohen Temperaturen in den nahe- und superkritischen Zustand gebracht und als Lösemittel eingesetzt. Der Einfluss unterschiedlicher Versuchsbedingungen, wie die Art des Fluids, dessen Temperatur und die Behandlungszeit, auf die Faseroberflächeneigenschaften sowie die mechanischen Eigenschaften werden in dieser Arbeit erstmals genauer untersucht. Weiterhin wird eine Untersuchung und Bewertung der Effektivität der Faser-Matrix-Separation bei unterschiedlichen Prozessparametern durchgeführt.
Kommerziell betriebene Oberflächenbehandlungen von Carbonfasern, wie die anodische Oxidation, sind für die Behandlung von Endlosfasern ausgelegt. Für rezyklierte Carbonfaserpatches und Kurzfasern sind alternative Behandlungen der Faseroberflächen notwendig. In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz zur Oberflächenbehandlung separierter Carbonfasern in Form einer Plasmabehandlung vorgestellt. Einflüsse unterschiedlicher Prozessparameter werden mit dem Ziel der Erhöhung der Oberflächenfunktionalität, welche zu einer Verbesserung der Anbindung zwischen Carbonfaser und Matrix beiträgt, untersucht. Eine Elementanalyse der plasmabehandelten Carbonfaseroberflächen wird durchgeführt, um die Oberflächenfunktionalität zu charakterisieren. Zudem werden die mechanischen Eigenschaften der Einzelfasern und deren Oberflächentopographie analysiert.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, das Recycling von Carbonfasern weiter zu entwickeln. Dies wird in mehreren Schritten realisiert. Zunächst erfolgt die Entwicklung alternativer Faser-Matrix-Separationsverfahren, an die sich eine eingehende Untersuchung der Eigenschaften der separierten Carbonfasern anschließt. Ein weiterer Schritt ist die Entwicklung einer angepassten Oberflächenbehandlung. Zusätzlich erfolgt die Re-Infiltration der separierten Carbonfasern zu CFK-Werkstoffen der zweiten Generation.
Neben der induktiven Faser-Matrix-Separation wird die Separation mittels superkritischer Fluide in Kapitel 6 diskutiert. Der Separationsprozess wird in Zusammenarbeit mit dem Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux CNRS-UPR 9048 der Universität Bordeaux untersucht. Bei diesem Faser-Matrix-Separationsverfahren werden unterschiedliche Medien (Wasser und ein Gemisch aus Wasser und Ethanol) durch den Einsatz von Druck und hohen Temperaturen in den nahe- und superkritischen Zustand gebracht und als Lösemittel eingesetzt. Der Einfluss unterschiedlicher Versuchsbedingungen, wie die Art des Fluids, dessen Temperatur und die Behandlungszeit, auf die Faseroberflächeneigenschaften sowie die mechanischen Eigenschaften werden in dieser Arbeit erstmals genauer untersucht. Weiterhin wird eine Untersuchung und Bewertung der Effektivität der Faser-Matrix-Separation bei unterschiedlichen Prozessparametern durchgeführt.
Kommerziell betriebene Oberflächenbehandlungen von Carbonfasern, wie die anodische Oxidation, sind für die Behandlung von Endlosfasern ausgelegt. Für rezyklierte Carbonfaserpatches und Kurzfasern sind alternative Behandlungen der Faseroberflächen notwendig. In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz zur Oberflächenbehandlung separierter Carbonfasern in Form einer Plasmabehandlung vorgestellt. Einflüsse unterschiedlicher Prozessparameter werden mit dem Ziel der Erhöhung der Oberflächenfunktionalität, welche zu einer Verbesserung der Anbindung zwischen Carbonfaser und Matrix beiträgt, untersucht. Eine Elementanalyse der plasmabehandelten Carbonfaseroberflächen wird durchgeführt, um die Oberflächenfunktionalität zu charakterisieren. Zudem werden die mechanischen Eigenschaften der Einzelfasern und deren Oberflächentopographie analysiert.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, das Recycling von Carbonfasern weiter zu entwickeln. Dies wird in mehreren Schritten realisiert. Zunächst erfolgt die Entwicklung alternativer Faser-Matrix-Separationsverfahren, an die sich eine eingehende Untersuchung der Eigenschaften der separierten Carbonfasern anschließt. Ein weiterer Schritt ist die Entwicklung einer angepassten Oberflächenbehandlung. Zusätzlich erfolgt die Re-Infiltration der separierten Carbonfasern zu CFK-Werkstoffen der zweiten Generation.
| Erscheinungsdatum | 08.02.2018 |
|---|---|
| Verlagsort | Berlin |
| Sprache | deutsch |
| Themenwelt | Naturwissenschaften ► Physik / Astronomie ► Thermodynamik |
| Schlagworte | Carbonfaserstrukturen • carbonfaserverstärkte Kunststoffe • CF • CFK • Faser-Matrix-Separation • Recycling |
| ISBN-10 | 3-86387-817-5 / 3863878175 |
| ISBN-13 | 978-3-86387-817-7 / 9783863878177 |
| Zustand | Neuware |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
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