سهم عمده ای از بازار رو به رشد كامپوزیت ها از نظر ارزش به كاربردهای هوابردی و هوافضایی در هر دو جنبه تجاری و نظامی اختصاص دارد. با این وجود سهم این كاربری ها در بازار از نظر حجمی كمتر است. در این كاربردها به دلیل استفاده از مقادیر زیادی تقویت كننده الیاف كربن ، قیمت ها بالا است. مواد كامپوزیتی كارآمد شش ویژگی دارند كه آنها را نسبت به مواد معمولی متمایز می كند: چرخه های عمر طولانی تر به علت استحكام بالقوه در برابر خستگی، مقاومت به خوردگی بیشتر، مقاومت بهبود یافته در برابر آتش، طراحی آسان تر به علت یكپارچگی عملكردی، امكان خلق شكل های پیچیده و وزن كمتر. انتظار می رود كاربرد فزاینده كامپوزیت ها در سیستم های فضایی و نظامی و همچنین در توسعه هواپیماهای تجاری در آینده ادامه یابد.
وزارت دفاع ایالات متحده آمریكا به طور فزاینده ای بر جنبه های زیست محیطی و تعهدات مرتبط با سیستم های تسلیحاتی كه به انتهای چرخه عمر طراحی خود می رسند تاكید می كند. سیستم های تسلیحاتی باید از روشی ایمن، اقتصادی و از نظر زیست محیطی مسئولانه دفع شوند. به دلیل جنس مواد بكار رفته دراین سستم ها، فرآیند دفع آنها می تواند بسیار پر هزینه باشد.
در سند شماره DoDi 5000.2 وزارت دفاع هزینه های دفع به عنوان بخشی از هزینه های عمر در نظر گرفته شده اند. كاهش هزینه های دفع یكی از اولویت های شركت بویینگ است. مشتریان وزارت دفاع آمریكا به خوبی از شرایط هزینه ای چرخه عمر آگاهند. اگر آنها این مساله را درك كنند كه هزینه دفع ضایعات زیاد است ممكن است میزان تسلیحاتی كه قرار است تحت یك قرارداد چند ساله بخرند را كاهش دهند. دفع و بازیافت مواد كامپوزیتی موضوعاتی را مطرح می كند كه باید به آنها توجه كرد. یكی از این موضوعات توجه به سازه هواپیماهای خارج از رده ای است كه حاوی الیاف كربن پوشش داده شده با آستر كروم شش ظرفیتی اند . كامپوزیت هایی كه پوشش كرم شش دارند می توانند به عنوان ضایعات خطرناك رده بندی شوند و بنابراین به علت امكان نشت كروم به خاك، نباید در زمین دفع شوند. سازمان حفاظت از محیط زیست (EPA) عبارت "ضایعات خطرناك" را برای ضایعاتی به كار می برد كه می توانند برای سلامتی انسان و محیط زیست خطرناك باشند.
بخش 40CFR261 A از قانون RCRA عبارت های "ضایعات جامد" و "ضایعات خطرناك" را تعریف می كند. ضایعات وقتی خطرناك تعریف می شوند كه تعریف RCRA از ضایعات جامد را داشته و به طور ویژه به عنوان خطرناك لیست شده باشند یا یكی از ویژگی های ضایعات خطرناك را داشته باشند. برای طبقه بندی ضایعات به عنوان خطرناك طبق بخش 40CFR 261C، ضایعات جامد باید یك یا چند ویژگی از ویژگی های زیر را داشته باشند: اشتعال پذیری، خورندگی، واكنش پذیری یا سمیت.
مشخصه سازی ضایعات موضوع بسیار مهمی برای كارخانه ها و تاسیسات تولیدی است. هزینه دفع ضایعات خطرناك بیش از 20 برابر هزینه دفع ضایعات جامد معمولی است چنانچه ضایعاتی به عنوان خطرناك طبقه بندی شوند، باید اقدامات ویژه ای پیش بینی شود تا این اطمینان را ایجاد كند كه اگر این ضایعات در زمین دفع شوند تهدیدی برای سلامتی انسان ها و محیط زیست نخواهند داشت.
طیق مقررات دفع زمینی EPA، ضایعات خطرناك قبل از دفن در زمین باید شرایط استانداردهای عملیات حفاظتی را كسب كنند. یكی از روش های تعیین الزامی بودن این استانداردها، شیوه نشت مشخصه سمیت (TCLP) است. TCLP ضایعات را مورد تجزیه قرار داده و تعیین می كند كه چه مقداری از ذرات كنترل (همانند كروم) در آن وجود دارد. اگر این مقدار كمتر از حد تنظیمی باشد، هیچ كار دیگری لازم نیست. با این وجود اگر میزان آن درات از حد معمول تجاوز كند قبل از اینكه ضایعات در زمین دفع شوند، اعمال استانداردهای عملیاتی اجباری می شود. سوزاندن گزینه دیگری برای دفع كامپوزیت هاست. ولی اگر كامپوزیت از جنس الیاف كربن باشد نمی توان بدون رعایت احتیاط های لازم آن را سوزاند؛ چون امكان رهایش از الیاف كوچك رسانای الكتریكی به درون محیط زیست وجود دارد. این ذرات اگر جمع آوری نشوند می توانند باعث مداخله الكتریكی شوند.
بازیافت نیز گزینه دیگری است. شركت هایی كه در زمینه قراضه و اوراقی فعالیت می كنند عموماً متخصص بازیافت فلزند. با این وجود ممكن است قراضه هایی كه می خرند حاوی كامپوزیت های تقویت شده با الیاف كربن نیز باشند. یكی از دل مشغولی های اصلی این شركت ها مشخص كردن مواد گوناگون موجود در قراضه قطعات بدنه هواپیما و چگونگی خردایش، دسته بندی و بازیافت این مخلوط است. آنها باید تصمیم بگیرند كه در زمینه تحقیق و توسعه سرمایه گذاری كنند یا خیر؟ فرآوری چنین مخلوطی از مواد از نظر تجاری موفقیت بزرگی محسوب می شود. مقادیر زیادی از قراضه های قابل بازیافت هواپیما در مركز تعمیر و نگهداری هوافضای آریزونا ( AMARC) نگهداری می شود. AMARC تاسیساتی برای خدمات مشترك است كه تحت نظارن فرماندهی مواد نیروی هوایی ایالات متحده مدیریت شده و تاسیساتی برای نگهداری و ذخیره تجهیزات هوافضایی در كنار آن فعالیت می كند.
این مركز به تمام شاخه های ارتش ایالات متحده (نیروی هوایی، نیروی دریایی، تفنگداران دریایی و .....)، گارد ساحلی و دیگر سازمان های ملی خدمات ارایه می دهد. بسیاری از هواپیماهای انبار شده در این مركز كه بیش از 4200 فروند هستند می توانند در مدت زمان كوتاهی به وضیعت فعال برگردند. AMARC كار دیگری نیز انجام می دهد كه شامل بازیابی قطعات یدكی و از بین بردن احتمالی بدنه هواپیماست. وقتی قطعات یدكی از هواپیما جدا شدند اسكلت باقیمانده از هواپیما به شركت هایی فروخته می شود كه در زمینه بازیافت فلزات تخصص دارند. نگرانی عمده AMARCهنگام كار روی بدنه هواپیما ها، مواد كامپوزیتی و پوشش های كروم شش است. AMARC این پوشش ها یا قطعات كامپوزیتی را از این بدنه هواپیما جدا نمی كند و بناربر این نگرانی به شركت های خریدار منتقل می شود كه باید با آن مقابله كنند. این موضوع باعث می شود تا این شركت ها در مزایده های برگزار شده تمایلی به خرید بدنه هواپیما نداشته باشند. طراحی و انتخاب مواد، در دراز مدت بر میزان هواپیمایی كه بازیافت می شود اثر می گذارد.
تا پیش از سال 19970 مقررات سخت گیرانه زیست محیطی، تولید كنندگان را محدود نمی كرد و اگر نگوییم همه قوانین، بسیاری از قوانین فعلی هنوز به طور كامل توسعه نیافته بودند. این نبود مقررات به تولید كنندگان اجازه می داد كه بدون نگرانی راجع به مسایل زیست محیطی به طور آزادانه انواع مواد و فرآیندهای تولید را انتخاب كنند. تصمیمات تولیدی كه سال های قبل بدون توجه به مسایل زیست محیطی اخذ شده اند، هزینه های زیادی را به دفع ضایعات تحمیل می كردند.
یكی از شركت هایی كه در زمینه امكان سنجی كار با چنین مخلوطی از مواد تحقیق می كند هورون ولی استیل (Huron Valley Steel (HVS))است. HVS به عنوان یك شركت فراوری و بازیافت فلز تاسیس شد كه در زمینه بازیافت خودروهای اوراقی فعالیت می كرد. اگر چه HVS در زمینه بازیابی فلزات پیشرو است ولی در خصوص بازیافت كامپوزیت ها تجربه زیادی ندارد. HVS نیاز به تحقیق و توسعه در خصوص فن آوری كه بتواند كامپوزیت ها را از فلز جدا و بازیافت كند را الزامی دانسته است.
HVS یك مركز تحقیق و توسعه برای تجهیزات جدا كننده پیشرفته به نام موسسه فزیتز (Fritz) در میشیگان دارد. گروه بیمه زیست محیطی (EA) شركت بویینگ از HVS خواسته است كه امكان این جداسازی را در قطعات اوراقی هواپیما حاوی فلز و كامپوزیت بررسی كند. EA برای تهیه قطعات اوراقی هواپیما با نیروی دریایی همكاری می كند تا بدنه هواپیماهای AV-88 را برای فعالیت های تحقیق و توسعه در میشیگان فراهم كند.
نیروی دریایی و EA درخواست كرده اند كه فریتز پس از اتمام پروژه، در گزارش نهایی خود اطلاعاتی در مورد این فرآیند و روش های مورد استفاده برای جداسازی و ... ارایه كند. نیروی دریایی به این برنامه پژوهشی علاقه ویژه ای دارد. نیروی دریایی و دیگر مراكز دفاعی و شركت های هواپیمایی تجاری نگران رسیدن هواپیماها به انتهای چرخه عمر طراحی شان هستند و وزارت دفاع علاقه مند است تا گزینه ای بری بازیافت این هواپیماهای كامپوزیتی داشته باشد.
جداسازی كامپوزیت ها از فلز نخستین گام در بازیافت كامپوزیت هاست. با این وجود توانایی استخراج الیاف كربن از كامپوزیت، شاید بسیار مهم تر باشد. پیش از این، بازیافت كامپوزیت ها عمدتاً به خرد كردن و آسیا كردن كامپوزیت تا اندازه ذرات مناسب محدود می شد. این ذرات به عنوان ماده پر كننده در قالبگیری قطعات كامپوزیتی جدید به كار می روند. پرولیز یا تجزیه حرارتی پلیمر در دماهای بالا به عنوان روشی برای آماده سازی كامپوزیت قبل از خرد كردن مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از این روش كامپوزیت قبل از خرد كردن مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از این روش كامپوزیت با ساییدن به یك پودر ریز تبدیل می شود. این روش ممكن است برای انواع خاصی از بازیافت كامپوزیت مناسب باشد؛ همانند ضایعات صنعت خودرو كه قطعات كامپوزیت آن معمولاً حاوی مقادیر زیادی پر كننده است. در هر حال قطعات كامپوزیتی هواپیما معمولاً حاوی مقادیر قابل توجهی رزین و الیاف كربن هستند و برای استخراج و بازیافت این اجزا به طور موثر، باید روش های بازیافت دیگری مورد استفاده قرار گیرند.
فرآیند های دیگری از جمله تجزیه اسیدی می توانند برای بازیافت این الیاف استفاده شوند. با این وجود به نظر می رسد كه این فرآیند نیز از نقطه نظر زیست محیطی عملی نباشد. برای تجزیه اسیدی، مواد شیمیایی خطرناكی به كار گرفته می شوند كه مخلوطی ایجاد می كنند كه خود به بازیافت نیاز دارد. لذا انتخاب فرآیند بازیافت بسیار مهم است. استفاده از فرآیندهای بازیافتی كه محصولات جانبی خطرناكی تولید می كنند نه عاقلانه و نه عملی است.
شركت هایی همانند ( Adherent Technology Inc) ATI در جداسازی الیاف كربن از كامپوزیت های اپوكسی تقویت شده با الیاف كربن و استحصال مقادیر قابل توجهی الیاف كربن موفق بوده اند. بخش مهندسی محیط زیست ATI فرآیندهایی را برای بازیافت كامپوزیت ارایه كرده است.
این شركت در سال 1992 پژوهشی را در زمینه تبدیل كاتالیزوری پلاستیك ها و كامپوزیت ها آغاز كرد. تبدیل كاتالیزوری به عنوان سومین روش بازیافت، از ضایعات و قراضه ها، مواد شیمیایی یا سوخت تولید می كند. این فرآیند گام نخست بازیافت مخلوط های پیچیده در مواد كامپوزیتی هواپیما های اسقاطی است كه منجر به استخراج الیاف كربن می شود. در این روش ATI قراضه های كامپوزیتی پس از خرد كردن، با كاتالیزور و جریان انتقال دمای حرارت مخلوط شده تحت فشار و دمای بالا فرآوری می شوند. محصولات جانبی تولید شده در این فرآیند اجزای فنیلیكی هستند كه برای استفاده در چسب های پایه فنلیكی صنعت چوب مورد برسی قرار گرفته اند. شركت هواپیماهای تجاری بویینگ (BCA) با ATI همكاری می كند و به طور فعال درگیر فن آوری بازیافت الیاف كربن شده است. ضایعات ناشی از تولید قطعات كامپوزیتی منبع بالقوه بزرگ یبریا فرآیند بازیافت الیاف كربن ATI است.
BCA نمونه هایی از كامپوزیت های الیاف كربن پیش آغشته به اپوكسی و سخت نشده فراهم كرده است. نتایج نشان داده اند كه فرآیند ATI می تواند رزین اپوكسی پخت نشده را حل كرده و الیاف كربن را بازیابی كند. بررسی الیاف كربن بازیافتی به وسیله ATI نشان می دهد كه این الیاف ویژگی هایی مشابه با الیاف نو را به نمایش می گذارند. تفاوت اساسی در طول الیاف بازیافتی است. الیاف كربن بازیافتی الیاف كوتاه هستند و نمی توانند در كاربردهایی كه به الیاف كربن پیوسته نیاز دارند استفاده شوند. تقاضا برای الیاف كربن آسیاب شده و كوتاه به طور فزاینده در حال رشد است. بازارهای الیاف كربن بازیافتی تعیین شده اند. گوشی های تلفن همراه و رایانه هیا قابل حمل با بدنه های سبك تر و نازك تر دو نمونه از این كاربردها هستند. دیگر بازارهای بالقوه برای الیاف كربن بازیافتی عبارتند از قطعات رزینی تزریقی، اجرای قالب گیری شده گرماسخت و تقویت كننده های صفحه ای بافته نشده. بهای الیاف كربن رده هوافضایی حدود 45 دلار در هر كیلوگرم است. ATI هزینه بازیافت این الیاف كربن را حدود 5 دلار در هر كیلوگرم تخمین می زند درصد وزنی الیاف كربن در قطعات كامپوزیتی هواپیما حدود 65 درصد و میزان كامپوزیت مصرفی در هواپیماهای AV -8B،F/A-18E/F، F/A-22 و C-17 معادل 620، 1330، 2420،7030 كیلوگرم است.
با احتساب 65 درصد وزنی الیاف كربن در قطعات كامپوزیتی هوافضایی در این هواپیماها به ترتیب 400، 865، 1570 و 5300 كیلوگرم الیاف كربن موجود است. اگر قیمت بازار الیاف كربن بازیافتی را حدود 10 دلار در هر كیلوگرم در نظر بگیریم، ارزش افزوده تقریبی الیاف بازیافتی از این هواپیماها به ترتیب عبارتند از 2000، 4300، 7800، 26500 دلار.
با افزایش كاربرد كامپوزیت ها در هواپیماهای نظامی و تجاری، گزینه بازیافت نسبت به دفن و سوزاندن اهمیت بیشتری پدا می كند. بویینگ در حال حاضر همكاری وسیعی با نیروی دریایی، ATI، AVS دارد تا اهداف، نگرانی ها و موضوعات قابل بحث در این زمینه را تبیین كنند. هنگامی كه این عناصر درك شدند میزان كامپوزیت هایی كه هم اكنون دفن می شوند كاهش قابل توجهی خواهد داشت. ضایعات كامپوزیتی در طبیعت تجزیه نمی شوند.
منبع: موسسه كامپوزیت ایران- نشریه كامپوزیت
وزارت دفاع ایالات متحده آمریكا به طور فزاینده ای بر جنبه های زیست محیطی و تعهدات مرتبط با سیستم های تسلیحاتی كه به انتهای چرخه عمر طراحی خود می رسند تاكید می كند. سیستم های تسلیحاتی باید از روشی ایمن، اقتصادی و از نظر زیست محیطی مسئولانه دفع شوند. به دلیل جنس مواد بكار رفته دراین سستم ها، فرآیند دفع آنها می تواند بسیار پر هزینه باشد.
در سند شماره DoDi 5000.2 وزارت دفاع هزینه های دفع به عنوان بخشی از هزینه های عمر در نظر گرفته شده اند. كاهش هزینه های دفع یكی از اولویت های شركت بویینگ است. مشتریان وزارت دفاع آمریكا به خوبی از شرایط هزینه ای چرخه عمر آگاهند. اگر آنها این مساله را درك كنند كه هزینه دفع ضایعات زیاد است ممكن است میزان تسلیحاتی كه قرار است تحت یك قرارداد چند ساله بخرند را كاهش دهند. دفع و بازیافت مواد كامپوزیتی موضوعاتی را مطرح می كند كه باید به آنها توجه كرد. یكی از این موضوعات توجه به سازه هواپیماهای خارج از رده ای است كه حاوی الیاف كربن پوشش داده شده با آستر كروم شش ظرفیتی اند . كامپوزیت هایی كه پوشش كرم شش دارند می توانند به عنوان ضایعات خطرناك رده بندی شوند و بنابراین به علت امكان نشت كروم به خاك، نباید در زمین دفع شوند. سازمان حفاظت از محیط زیست (EPA) عبارت "ضایعات خطرناك" را برای ضایعاتی به كار می برد كه می توانند برای سلامتی انسان و محیط زیست خطرناك باشند.
بخش 40CFR261 A از قانون RCRA عبارت های "ضایعات جامد" و "ضایعات خطرناك" را تعریف می كند. ضایعات وقتی خطرناك تعریف می شوند كه تعریف RCRA از ضایعات جامد را داشته و به طور ویژه به عنوان خطرناك لیست شده باشند یا یكی از ویژگی های ضایعات خطرناك را داشته باشند. برای طبقه بندی ضایعات به عنوان خطرناك طبق بخش 40CFR 261C، ضایعات جامد باید یك یا چند ویژگی از ویژگی های زیر را داشته باشند: اشتعال پذیری، خورندگی، واكنش پذیری یا سمیت.
مشخصه سازی ضایعات موضوع بسیار مهمی برای كارخانه ها و تاسیسات تولیدی است. هزینه دفع ضایعات خطرناك بیش از 20 برابر هزینه دفع ضایعات جامد معمولی است چنانچه ضایعاتی به عنوان خطرناك طبقه بندی شوند، باید اقدامات ویژه ای پیش بینی شود تا این اطمینان را ایجاد كند كه اگر این ضایعات در زمین دفع شوند تهدیدی برای سلامتی انسان ها و محیط زیست نخواهند داشت.
طیق مقررات دفع زمینی EPA، ضایعات خطرناك قبل از دفن در زمین باید شرایط استانداردهای عملیات حفاظتی را كسب كنند. یكی از روش های تعیین الزامی بودن این استانداردها، شیوه نشت مشخصه سمیت (TCLP) است. TCLP ضایعات را مورد تجزیه قرار داده و تعیین می كند كه چه مقداری از ذرات كنترل (همانند كروم) در آن وجود دارد. اگر این مقدار كمتر از حد تنظیمی باشد، هیچ كار دیگری لازم نیست. با این وجود اگر میزان آن درات از حد معمول تجاوز كند قبل از اینكه ضایعات در زمین دفع شوند، اعمال استانداردهای عملیاتی اجباری می شود. سوزاندن گزینه دیگری برای دفع كامپوزیت هاست. ولی اگر كامپوزیت از جنس الیاف كربن باشد نمی توان بدون رعایت احتیاط های لازم آن را سوزاند؛ چون امكان رهایش از الیاف كوچك رسانای الكتریكی به درون محیط زیست وجود دارد. این ذرات اگر جمع آوری نشوند می توانند باعث مداخله الكتریكی شوند.
بازیافت نیز گزینه دیگری است. شركت هایی كه در زمینه قراضه و اوراقی فعالیت می كنند عموماً متخصص بازیافت فلزند. با این وجود ممكن است قراضه هایی كه می خرند حاوی كامپوزیت های تقویت شده با الیاف كربن نیز باشند. یكی از دل مشغولی های اصلی این شركت ها مشخص كردن مواد گوناگون موجود در قراضه قطعات بدنه هواپیما و چگونگی خردایش، دسته بندی و بازیافت این مخلوط است. آنها باید تصمیم بگیرند كه در زمینه تحقیق و توسعه سرمایه گذاری كنند یا خیر؟ فرآوری چنین مخلوطی از مواد از نظر تجاری موفقیت بزرگی محسوب می شود. مقادیر زیادی از قراضه های قابل بازیافت هواپیما در مركز تعمیر و نگهداری هوافضای آریزونا ( AMARC) نگهداری می شود. AMARC تاسیساتی برای خدمات مشترك است كه تحت نظارن فرماندهی مواد نیروی هوایی ایالات متحده مدیریت شده و تاسیساتی برای نگهداری و ذخیره تجهیزات هوافضایی در كنار آن فعالیت می كند.
این مركز به تمام شاخه های ارتش ایالات متحده (نیروی هوایی، نیروی دریایی، تفنگداران دریایی و .....)، گارد ساحلی و دیگر سازمان های ملی خدمات ارایه می دهد. بسیاری از هواپیماهای انبار شده در این مركز كه بیش از 4200 فروند هستند می توانند در مدت زمان كوتاهی به وضیعت فعال برگردند. AMARC كار دیگری نیز انجام می دهد كه شامل بازیابی قطعات یدكی و از بین بردن احتمالی بدنه هواپیماست. وقتی قطعات یدكی از هواپیما جدا شدند اسكلت باقیمانده از هواپیما به شركت هایی فروخته می شود كه در زمینه بازیافت فلزات تخصص دارند. نگرانی عمده AMARCهنگام كار روی بدنه هواپیما ها، مواد كامپوزیتی و پوشش های كروم شش است. AMARC این پوشش ها یا قطعات كامپوزیتی را از این بدنه هواپیما جدا نمی كند و بناربر این نگرانی به شركت های خریدار منتقل می شود كه باید با آن مقابله كنند. این موضوع باعث می شود تا این شركت ها در مزایده های برگزار شده تمایلی به خرید بدنه هواپیما نداشته باشند. طراحی و انتخاب مواد، در دراز مدت بر میزان هواپیمایی كه بازیافت می شود اثر می گذارد.
تا پیش از سال 19970 مقررات سخت گیرانه زیست محیطی، تولید كنندگان را محدود نمی كرد و اگر نگوییم همه قوانین، بسیاری از قوانین فعلی هنوز به طور كامل توسعه نیافته بودند. این نبود مقررات به تولید كنندگان اجازه می داد كه بدون نگرانی راجع به مسایل زیست محیطی به طور آزادانه انواع مواد و فرآیندهای تولید را انتخاب كنند. تصمیمات تولیدی كه سال های قبل بدون توجه به مسایل زیست محیطی اخذ شده اند، هزینه های زیادی را به دفع ضایعات تحمیل می كردند.
یكی از شركت هایی كه در زمینه امكان سنجی كار با چنین مخلوطی از مواد تحقیق می كند هورون ولی استیل (Huron Valley Steel (HVS))است. HVS به عنوان یك شركت فراوری و بازیافت فلز تاسیس شد كه در زمینه بازیافت خودروهای اوراقی فعالیت می كرد. اگر چه HVS در زمینه بازیابی فلزات پیشرو است ولی در خصوص بازیافت كامپوزیت ها تجربه زیادی ندارد. HVS نیاز به تحقیق و توسعه در خصوص فن آوری كه بتواند كامپوزیت ها را از فلز جدا و بازیافت كند را الزامی دانسته است.
HVS یك مركز تحقیق و توسعه برای تجهیزات جدا كننده پیشرفته به نام موسسه فزیتز (Fritz) در میشیگان دارد. گروه بیمه زیست محیطی (EA) شركت بویینگ از HVS خواسته است كه امكان این جداسازی را در قطعات اوراقی هواپیما حاوی فلز و كامپوزیت بررسی كند. EA برای تهیه قطعات اوراقی هواپیما با نیروی دریایی همكاری می كند تا بدنه هواپیماهای AV-88 را برای فعالیت های تحقیق و توسعه در میشیگان فراهم كند.
نیروی دریایی و EA درخواست كرده اند كه فریتز پس از اتمام پروژه، در گزارش نهایی خود اطلاعاتی در مورد این فرآیند و روش های مورد استفاده برای جداسازی و ... ارایه كند. نیروی دریایی به این برنامه پژوهشی علاقه ویژه ای دارد. نیروی دریایی و دیگر مراكز دفاعی و شركت های هواپیمایی تجاری نگران رسیدن هواپیماها به انتهای چرخه عمر طراحی شان هستند و وزارت دفاع علاقه مند است تا گزینه ای بری بازیافت این هواپیماهای كامپوزیتی داشته باشد.
جداسازی كامپوزیت ها از فلز نخستین گام در بازیافت كامپوزیت هاست. با این وجود توانایی استخراج الیاف كربن از كامپوزیت، شاید بسیار مهم تر باشد. پیش از این، بازیافت كامپوزیت ها عمدتاً به خرد كردن و آسیا كردن كامپوزیت تا اندازه ذرات مناسب محدود می شد. این ذرات به عنوان ماده پر كننده در قالبگیری قطعات كامپوزیتی جدید به كار می روند. پرولیز یا تجزیه حرارتی پلیمر در دماهای بالا به عنوان روشی برای آماده سازی كامپوزیت قبل از خرد كردن مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از این روش كامپوزیت قبل از خرد كردن مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از این روش كامپوزیت با ساییدن به یك پودر ریز تبدیل می شود. این روش ممكن است برای انواع خاصی از بازیافت كامپوزیت مناسب باشد؛ همانند ضایعات صنعت خودرو كه قطعات كامپوزیت آن معمولاً حاوی مقادیر زیادی پر كننده است. در هر حال قطعات كامپوزیتی هواپیما معمولاً حاوی مقادیر قابل توجهی رزین و الیاف كربن هستند و برای استخراج و بازیافت این اجزا به طور موثر، باید روش های بازیافت دیگری مورد استفاده قرار گیرند.
فرآیند های دیگری از جمله تجزیه اسیدی می توانند برای بازیافت این الیاف استفاده شوند. با این وجود به نظر می رسد كه این فرآیند نیز از نقطه نظر زیست محیطی عملی نباشد. برای تجزیه اسیدی، مواد شیمیایی خطرناكی به كار گرفته می شوند كه مخلوطی ایجاد می كنند كه خود به بازیافت نیاز دارد. لذا انتخاب فرآیند بازیافت بسیار مهم است. استفاده از فرآیندهای بازیافتی كه محصولات جانبی خطرناكی تولید می كنند نه عاقلانه و نه عملی است.
شركت هایی همانند ( Adherent Technology Inc) ATI در جداسازی الیاف كربن از كامپوزیت های اپوكسی تقویت شده با الیاف كربن و استحصال مقادیر قابل توجهی الیاف كربن موفق بوده اند. بخش مهندسی محیط زیست ATI فرآیندهایی را برای بازیافت كامپوزیت ارایه كرده است.
این شركت در سال 1992 پژوهشی را در زمینه تبدیل كاتالیزوری پلاستیك ها و كامپوزیت ها آغاز كرد. تبدیل كاتالیزوری به عنوان سومین روش بازیافت، از ضایعات و قراضه ها، مواد شیمیایی یا سوخت تولید می كند. این فرآیند گام نخست بازیافت مخلوط های پیچیده در مواد كامپوزیتی هواپیما های اسقاطی است كه منجر به استخراج الیاف كربن می شود. در این روش ATI قراضه های كامپوزیتی پس از خرد كردن، با كاتالیزور و جریان انتقال دمای حرارت مخلوط شده تحت فشار و دمای بالا فرآوری می شوند. محصولات جانبی تولید شده در این فرآیند اجزای فنیلیكی هستند كه برای استفاده در چسب های پایه فنلیكی صنعت چوب مورد برسی قرار گرفته اند. شركت هواپیماهای تجاری بویینگ (BCA) با ATI همكاری می كند و به طور فعال درگیر فن آوری بازیافت الیاف كربن شده است. ضایعات ناشی از تولید قطعات كامپوزیتی منبع بالقوه بزرگ یبریا فرآیند بازیافت الیاف كربن ATI است.
BCA نمونه هایی از كامپوزیت های الیاف كربن پیش آغشته به اپوكسی و سخت نشده فراهم كرده است. نتایج نشان داده اند كه فرآیند ATI می تواند رزین اپوكسی پخت نشده را حل كرده و الیاف كربن را بازیابی كند. بررسی الیاف كربن بازیافتی به وسیله ATI نشان می دهد كه این الیاف ویژگی هایی مشابه با الیاف نو را به نمایش می گذارند. تفاوت اساسی در طول الیاف بازیافتی است. الیاف كربن بازیافتی الیاف كوتاه هستند و نمی توانند در كاربردهایی كه به الیاف كربن پیوسته نیاز دارند استفاده شوند. تقاضا برای الیاف كربن آسیاب شده و كوتاه به طور فزاینده در حال رشد است. بازارهای الیاف كربن بازیافتی تعیین شده اند. گوشی های تلفن همراه و رایانه هیا قابل حمل با بدنه های سبك تر و نازك تر دو نمونه از این كاربردها هستند. دیگر بازارهای بالقوه برای الیاف كربن بازیافتی عبارتند از قطعات رزینی تزریقی، اجرای قالب گیری شده گرماسخت و تقویت كننده های صفحه ای بافته نشده. بهای الیاف كربن رده هوافضایی حدود 45 دلار در هر كیلوگرم است. ATI هزینه بازیافت این الیاف كربن را حدود 5 دلار در هر كیلوگرم تخمین می زند درصد وزنی الیاف كربن در قطعات كامپوزیتی هواپیما حدود 65 درصد و میزان كامپوزیت مصرفی در هواپیماهای AV -8B،F/A-18E/F، F/A-22 و C-17 معادل 620، 1330، 2420،7030 كیلوگرم است.
با احتساب 65 درصد وزنی الیاف كربن در قطعات كامپوزیتی هوافضایی در این هواپیماها به ترتیب 400، 865، 1570 و 5300 كیلوگرم الیاف كربن موجود است. اگر قیمت بازار الیاف كربن بازیافتی را حدود 10 دلار در هر كیلوگرم در نظر بگیریم، ارزش افزوده تقریبی الیاف بازیافتی از این هواپیماها به ترتیب عبارتند از 2000، 4300، 7800، 26500 دلار.
با افزایش كاربرد كامپوزیت ها در هواپیماهای نظامی و تجاری، گزینه بازیافت نسبت به دفن و سوزاندن اهمیت بیشتری پدا می كند. بویینگ در حال حاضر همكاری وسیعی با نیروی دریایی، ATI، AVS دارد تا اهداف، نگرانی ها و موضوعات قابل بحث در این زمینه را تبیین كنند. هنگامی كه این عناصر درك شدند میزان كامپوزیت هایی كه هم اكنون دفن می شوند كاهش قابل توجهی خواهد داشت. ضایعات كامپوزیتی در طبیعت تجزیه نمی شوند.
منبع: موسسه كامپوزیت ایران- نشریه كامپوزیت
