Tổng quan về các phương pháp tái chế vật liệu composite

- Tổng quan về các phương pháp tái chế vật liệu composite.
- Các loại vật liệu phế thải như là nhựa, gốm sứ, giấy, kim loại.
- chiếm một tỷ trọng lớn trong số những phế thải tác động tiêu cực đến môi trường, bên cạnh đó, còn tồn tại một lượng nhỏ vật liệu composite.
- Đồng thời việc tái chế và thu hồi vật liệu composite có nhiều thách thức hơn so với tái chế các vật liệu thải dễ xử lý khác.
- Bài báo trình bày tổng quan về sử dụng và tái chế vật liệu composit, những thách thức lớn trong lĩnh vực này và đưa ra một số định hướng tái chế và sử dụng vật liệu composit trong điều kiện của Việt Nam..
- Khái niệm về vật liệu composite.
- Vật liệu composite là một loại nguyên vật liệu được tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo thành một loại vật liệu mới.
- Vật liệu composite có tính chất và những công dụng vượt trội hơn hẳn so với những vật liệu ban đầu nên đã được ứng dụng rộng rãi và có thể coi đây là vật liệu của tương lai.
- Hầu hết các loại vật liệu truyền thống như: kim loại, gỗ, gốm sứ,… đang dần bị thay thế bằng vật liệu composite.
- Những vật liệu composite đã được con người sử dụng từ rất lâu trước đây, như sử dụng đất cùng với sỏi để làm gạch, bùn cùng với rơm để làm vách,....
- nhưng ngành khoa học vật liệu composite chỉ.
- Từ đó đến nay, ngành công nghệ vật liệu composite đã phát triển trên toàn thế giới và được ứng dụng rộng trong các ngành như: ô tô (>.
- Vật liệu nền được phân làm 3 loại:.
- Sơ đồ hệ thống tái chế vật liệu composite ( J.M Henshaw và nnk.
- Vật liệu cốt giữ vai trò gia cường cho nền,.
- Về cơ bản có ba dạng vật liệu cốt là cốt sợi (sợi thủy tinh, sợi carbon), cốt hạt (thô và mịn) và cốt dạng cấu trúc (một lớp, nhiều lớp hoặc dạng tổ ong)..
- Vật liệu composite có thể được gọi tên theo dạng nền hoặc cốt như composite nền kim loại, composite nền gốm,… hoặc compositee cốt sợi (sợi thủy tinh, sợi carbon.
- Tái chế vật liệu composite.
- Việc tái chế các vật liệu kỹ thuật sẽ góp phần vào sự phát triển bền vững của các quá trình công nghiệp.
- Ngày nay, kim loại, thủy tinh, nhựa và nhiều vật liệu kỹ thuật khác được tái chế ở mức độ lớn.
- Tuy nhiên, vật liệu composite là loại vật liệu kỹ thuật đặc biệt vẫn chưa được tái chế đúng cách (cho cả vật liệu nền và vật liệu cốt)..
- Điều này chủ yếu là do bản chất không đồng nhất vốn có của nền và cốt, dẫn đến khả năng tái chế vật liệu kém, đặc biệt là vật liệu tổng hợp nền nhựa rắn..
- Như vậy, do hạn chế về công nghệ và kinh tế nên các hoạt động tái chế công nghiệp đối với vật liệu composite rất hạn chế.
- Vấn đề cơ bản là khó giải phóng các hạt đồng nhất khỏi vật liệu composite.
- Việc tái chế hỗn hợp bị cản trở bởi cả sợi và các loại cốt khác nhau và bởi vật liệu nền hoặc chất kết dính.
- Do những thách thức này, hầu hết các hoạt động tái chế vật liệu composite chỉ là quá trình đốt phân hủy nhiệt để thu hồi năng lượng hoặc nhiên liệu mà ít thu hồi vật liệu như sợi cốt gia cường.
- khiến nhu cầu ngày càng tăng đối với các kỹ thuật tái chế nhằm tái chế vật liệu thực sự..
- Khi ngành công nghie ̣p này càng phát triẻn thì só lượng rác thải từ vật liệu composite như nền nhựa, cốt sợi thủy tinh (F.R.P) đã qua sử dụng ngày càng nhièu..
- Trong tương lai, nhu cầu sử dụng vật liệu composite tăng lên và Luật bảo vệ môi trường ngày càng yêu cầu cao và mạnh mẽ hơn, một số công nghệ tái chế đã được phát triển và đề xuất cho vật liệu composite tồn tại trong những thập kỷ qua.
- Tổng quan toàn diện về công nghệ tái chế vật liệu composite được thể hiện trên Hình 2..
- Cấu tạo của vật liệu composite cốt sợi (Nguyễn Hoa Thịnh, 2002.
- Các phương pháp tái chế vật liệu composite Theo nguyên tắc chung để tái chế bất kỳ vật liệu nào, mỗi quy trình tái chế bao gồm một chuỗi hoạt động phụ thuộc vào nhau, thể hiện trong Hình 2.
- Thiết bị hỏng có chứa vật liệu composite được thu gom và vận chuyển tới bãi tập kết thải..
- Tại đây, tiến hành xử lý sơ bộ như: tháo rời thủ công, cắt giảm kích thước và tuyển tách sơ bộ (tuyển vật lý, tuyển hóa) để tách riêng các vật liệu composite đưa đi tái chế.
- Đây là khâu khá quan trọng trong quá trình tái chế vật liệu nói chung và tái chế vật liệu composite nói riêng.
- Sản phẩm composite thải sau khâu tuyển phân loại sơ bộ được đem đi tái chế bằng các phương pháp khác nhau tùy theo từng loại vật liệu composite.
- Đối với vật liệu composite nền nhựa dẻo (composite nhiệt dẻo) và nền kim loại có thể sử dụng phương pháp nhiệt để nấu và đúc lại.
- Riêng với vật liệu composite nền nhựa rắn (composite nhiệt rắn) công việc tái chế rất phức tạp và phụ thuộc vào cấu trúc của từng vật liệu nhựa làm nền.
- Tái chế vật liệu composite nhiệt dẻo.
- Do khả năng cơ bản của chúng được tái định hình khi gia nhiệt, vật liệu composite nền nhựa dẻo có thể được tái chế trực tiếp bằng cách nấu chảy và đúc lại các vật liệu có giá trị cao (J.M.
- Tuy nhiên, sự đứt gãy của sợi do nghiền và quá trình chế biến tiếp theo dẫn đến làm giảm giá trị các đặc tính của vật liệu (K.L.
- Nghiên cứu dựa trên việc tái xử lý vật liệu composite nền nhựa dẻo cho thấy, độ bền kéo và mô đun Young giảm nhất định với bề mặt kém nhưng biến dạng hỏng tăng và khả năng chống ẩm tốt hơn.
- Khó khăn kỹ thuật chính đối với vật liệu tái chế từ composite nhiệt dẻo là độ nhớt khi.
- Hiện nay, có những phát triển mới trong vật liệu composite nền nhựa dẻo là cách sử dụng thế hệ nhựa dẻo mới có thể được xử lý ở trạng thái độ nhớt thấp (gần như nước).
- Khả năng đúc lỏng của nhựa dẻo thế hệ mới trong quá trình hình thành vật liệu composite sẽ mang lại động lực mới cho nhiều ứng dụng thương mại và phát triển thị trường hơn trong tương lai.
- Điều này cũng sẽ nâng cao khả năng dễ tái chế của vật liệu composite bằng phương pháp nhiệt..
- (2009) đã chứng minh khả năng tái chế của thuyền làm bằng vật liệu composite nhựa dẻo.
- Nghiên cứu cho thấy, vỏ của một chiếc thuyền làm từ vật liệu composite có nền làm từ nhựa tổng hợp dạng polypropylene laminate và cốt hạt balsa, có thể được tái chế bằng cách nấu chảy và phun tạo thành các hạt đúc có đặc tính chấp nhận được khi xử lý.
- Tái chế vật liệu composite nhiệt rắn.
- Tái chế cơ học.
- Palmer và nnk., 2009) về khả năng sử dụng lại cốt sợi thủy tinh thu được từ tái chế, thay thế cho vật liệu gia cường trong sản xuất vật liệu composite nhiệt rắn mới.
- không khí) để tách sợi thủy tinh từ vật liệu composite trong ngành sản xuất ô tô.
- Vật liệu composite sử dụng sợi thủy tinh tái chế vẫn đảm bảo vượt trội về độ bền nhưng so với cùng loại vật liệu này khi sử dụng sợi thủy tinh nguyên chất ban đầu thì độ bền uốn và va đập đều bị giảm đáng kể..
- Tái chế nhiệt.
- Tái chế nhiệt vật liệu composite là quá trình xử lý ở nhiệt độ cao.
- Vì quá trình đốt để thu hồi năng lượng không liên quan đến việc thu hồi vật liệu nên không được phân loại là công nghệ tái chế, mặc dù các chất cặn vô cơ sau khi đốt có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp xi măng.
- Pickering được sử dụng để đốt cháy vật liệu nền nhựa của composite, thu hồi năng lượng và cốt sợi thủy tinh hoặc sợi carbon (xem Hình 3)..
- Lò đốt vận hành ở 450 0 C đối với vật liệu composite nền nhựa polyester và lên đến 550 0 C đối với vật liệu nền nhựa epoxy.
- Quy trình đốt tầng sôi tái chế vật liệu composite (theo S.J.
- Sợi tái chế sẽ mang lại giá trị thương mại cho quá trình chế biến, do đó chất lượng và giá cả của sợi tái chế sẽ quyết định quá trình thương mại hóa, đây cũng là rào cản chính hiện nay của quy trình nhiệt dựa trên tầng sôi để tái chế sợi thủy tinh và sợi carbon từ vật liệu composite nhiệt rắn.
- Quy trình này có thể sử dụng để xử lý polyme và vật liệu composite nền polyme.
- Trong trường hợp vật liệu composite nền polyme, cả cốt sợi gia cường và vật liệu nền (ở dạng các phân tử nhỏ hơn như dầu, khí hoặc than rắn) đều được thu hồi trong quá trình nhiệt phân.
- Điều này có lợi hơn so với quá trình đốt để tái chế lại vật liệu nền polyme.
- Cả vật liệu cốt sợi carbon và cốt sợi thủy tinh đều có thể được tái chế thông qua quá trình nhiệt phân.
- Do giá trị thị trường của sợi carbon cao hơn nhiều so với sợi thủy tinh, nên việc tái chế nhiệt phân (hay quy trình tái chế khác) vật liệu composite cốt sợi carbon khả thi hơn về mặt kinh tế..
- Sản phẩm rắn thường là hỗn hợp của sợi thủy tinh hoặc sợi carbon, vật liệu phụ và carbon rắn.
- Ở cuối lò quay hoặc trong lò quay thứ hai, vật liệu sợi thủy tinh được.
- Các sợi thủy tinh thu được bị giảm độ bền nên được sử dụng để làm vật liệu chịu nhiệt và cách nhiệt, không nên sử dụng làm vật liệu để chế tạo lại các cánh tuabin mới.
- Tái chế hóa học.
- Tái chế hóa học là quá trình phân hủy hoặc hòa tan vật liệu nền bằng hóa chất để giải phóng cốt sợi.
- Quá trình này có thể được sử dụng cho các loại vật liệu gia cường khác nhau như sợi carbon và sợi thủy tinh.
- Trong nghiên cứu được báo cáo bởi Pinero - Hernanz và nnk (2008), chất lỏng siêu tới hạn được thử nghiệm ở nhiệt độ 250÷400 0 C và áp suất 4÷27 MPa đối với nước, và ở nhiệt độ 300–450 0 C và áp suất 5÷17 MPa đối với cồn (metanol, etanol, 1- propanol và axeton) để tái chế vật liệu composite cốt sợi carbon.
- Hơn nữa, hiệu quả của quá trình hòa tan hoặc phân hủy hóa học phụ thuộc vào các loại nhựa hữu cơ sử dụng làm vật liệu nền, và việc phân tách trước các loại vật liệu composite là rất quan trọng.
- Tái chế vật liệu composite nền kim loại Vật liệu composite nền kim loại (MMC), phổ biến nhất là nền hợp kim nhôm, được sử dụng ngày càng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau, ví dụ như trong ngành công nghiệp ô tô để làm vật liệu chế tạo các bộ phận động cơ.
- Nếu điều đó là không thể, đặc biệt đối với MMC nền nhôm cốt sợi liên tục, việc tái chế MMC trở lại thành nhôm hoặc hợp kim được thực hiện và các vật liệu cốt sợi tách rời thường được xử lý ở bãi chôn lấp (D.
- Chất lượng của MMC tái chế chỉ bị giảm nhẹ so với MMC sản xuất từ vật liệu mới.
- Vật liệu composite nền kim loại được tái chế bằng cách nấu chảy phế liệu composite trong nhiều loại lò khác nhau như: lò cảm ứng, lò nung và lò thùng quay, đúc thành thỏi (V.
- Định hướng công tác tái chế vật liệu composite ở Việt Nam.
- Trong tình hình thực tế đó, việc nghiên cứu mo ̣t cách he ̣ thóng về vật liệu composite là rất cần thiết..
- Nhà máy tái chế vật liệu composite sợi thủy tinh bằng công nghệ cao được đầu tư bởi GFSI - MHE Manufacturing of Texas LLC (Mỹ) và Minh Hưng Group (Việt Nam).
- Một quy trình tái chế composite mới định hướng sử dụng ở Việt Nam trong tương lai là có thể chuyển đổi vật liệu composite thành các thành phần tái chế, dầu và chất xơ ban đầu.
- nghiệp ô tô, bên cạnh đó còn mở ra khả năng ứng dụng mới cho vật liệu composite tiên tiến bằng cách tái chế.
- Vật liệu composite được nghiền thành khí, dầu, một ít cacbon và sợi.
- Vì vậy các công ty hoạt động trong lĩnh vực vật liệu composite và khách hàng của họ đang tìm kiếm các giải pháp bền vững hơn để xử lý chất thải composite.
- Để phát triển công nghệ tái chế vật liệu composite bền vững, cần phải lựa chọn các phương pháp tái chế tối ưu cho các loại vật liệu composite khác nhau.
- Tuy nhiên, việc lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào loại vật liệu được tái chế và ứng dụng mà nó được tái sử dụng..
- Đối với tái chế cơ học, chủ yếu được sử dụng để tái chế các vật liệu composite nền polyme cốt sợi thủy tinh.
- Các sản phẩm tái chế thu được có chất lượng tương đối thấp, các cốt sợi ngắn và không đủ sạch nên chỉ được sử dụng chủ yếu làm chất độn hoặc vật liệu gia cường trong sản xuất composite mới, chất lượng thấp hơn.
- Với phương pháp nhiệt thì nhiệt phân là công nghệ tái chế được áp dụng rộng rãi trong thực tế ở quy mô công nghiệp để tái chế vật liệu composite nền polyme và cốt bằng sợi thủy tinh.
- Mặc dù, vật liệu nền nhựa polyme cũng có thể được thu hồi dưới dạng nhiên liệu thứ cấp hoặc polyme nguyên liệu (với các phân tử nhỏ hơn), nhưng thu hồi sợi (thủy tinh hay carbon) là mục đích chính và thiết thực đối với quá trình này..
- Ở Việt Nam nhu cầu sử dụng vật liệu composite ngày càng tăng, khi các hãng đóng tàu, ô tô, điện gió, hàng không,… đang dần chiếm được thị trường lớn trong nước và ngoài nước..
- Do đó việc tái chế và tái sử dụng vật liệu composite cũng được xã hội quan tâm nhiều hơn..
- Vật liệu thải composite của Việt Nam cũng rất đa dạng, đòi hỏi các phương pháp tái chế phải phù hợp với từng loại.
- Công nghệ kết hợp các phương pháp tái chế cơ học, nhiệt, hóa học, tương lai có thể tạo ra các vật liệu mới có giá trị và thân thiện môi trường.
- Bốn quy trình chính trong tái chế vật liệu composite nhiệt đề xuất ứng dụng tại Việt Nam là: (i) nghiền, (ii) phân hủy hóa học và thu hồi sợi, (iii) nhiệt phân và (iv) đốt.
- Tái chế các vật liệu composite nhiệt bằng cách nghiền cho phép tái sử dụng các sợi thuỷ tinh, canxi cacbonat và nền polyme mà không cần tách các thành phần.
- Các sản phẩm này có cùng tính chất cơ học giống như vật liệu composite thế hệ đầu tiên..
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite từ trấu với polyethylene và polypropylene để ứng dụng làm vật liệu nội thất và gia dụng.
- Nguyễn Hoa Thịnh (2002), Vật liệu Composite Cơ học.
- Trần Minh Tú, Trần Ích Thịnh, (2016), Cơ học vật liệu kết cấu và Composite, NXB Xây Dựng, Hà Nội.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt