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工程师将风力涡轮机废料回收成坚固的新型纤维增强性3D打印材料

   中国3D打印网6月22日讯,加拿大麦吉尔大学和瑞尔森大学的工程师已成功将破坏环境的风力涡轮机废料转化为坚固的新型 PLA 3D 打印材料。使用机械研磨和热解的混合物,该团队已经能够将现已报废的风力涡轮机叶片回收成细纤维粉末。在总结测试中,叶片的残余物不仅显示出比原始玻璃纤维更高的强度和刚度,而且一旦与 PLA 集成,它们就证明能够产生坚固的纤维增强 3D 打印部件。
         该团队在他们的论文中说:“我们提出了一种程序,将报废风力涡轮机叶片中的回收玻璃纤维加入纯热塑性 FDM 材料中。我们的回收系统预计将重复使用大量涡轮叶片废料,从而大大减少危险和有害叶片材料的垃圾填埋场。在长丝中加入回收的玻璃纤维将提高所生产组件的可靠性和强度,从而导致 FDM 3D 打印的更广泛应用。”
研究人员对未来三十年涡轮机废物增长的估计
  研究人员对未来三十年涡轮机废物增长的估计。图片来自聚合物复合材料杂志。
       一般来说,复合材料的高强度和刚度重量比使其成为生产低碳足迹的航空航天、军事和汽车零件的理想选择。风能领域也是如此,玻璃纤维通常用于增强复合材料涡轮叶片,将自然风产生的动能转化为环保的电力来源。然而,尽管使用风能而不是化石燃料来产生能源具有明显的生态效益,但鲜为人知的是,报废的涡轮叶片往往通过垃圾填埋或焚烧处理。鉴于此类刀片含有无机成分,填埋它们会导致释放有害气体,而燃烧它们对地球母亲的危害较小,但也会产生大量灰烬。
        过去,研究人员研究了回收涡轮叶片废料的机械、热和化学策略,但迄今为止没有一个被证明是可行的。在这些技术中,机械方法被认为是最成熟的,但它们通常会产生不稳定的粘合纤维,而热解往往会导致炭化,而基于化学的方法已变得难以规模化。
         尽管存在继续抑制再生纤维可用性的问题,但加拿大团队预计,未来 30 年涡轮机技术的进步将导致大量浪费,并且叶片的建造将继续不可持续,他们表示需要一种新的设计实践将重复使用的材料转化为有效的商业机会。
来自该团队热解增强试样断裂表面的 SEM 图像
  来自该团队热解增强试样断裂表面的 SEM 图像。图片来自聚合物复合材料杂志。
       据中国3D打印网了解,改善回收涡轮机部件的商业案例和可印刷性的最佳方法是将任何所得纤维与 PLA 细丝集成,以用于广受欢迎的 FDM 机器。为了验证他们的假设,该团队从更大的刀片上切下部分,然后将它们送入锤式研磨机,将它们打碎成树脂粉末。过筛后,刀片颗粒与熔融 PLA 颗粒以 5-10% 的浓度混合并挤出两次,得到直径为 1.75 mm 的长丝。为了评估他们的材料的性能,研究人员随后使用 Prusa i3Mk2S 系统将其 3D 打印成十个样品,对热解纤维和传统 PLA 也进行了同样的处理。有趣的是,该团队的分析表明,他们的新材料比热解材料表现出更高的拉伸强度,但刚度却相反,后者的刚度增加了 70%。两种长丝在这些方面也优于原始原料,但与普通 PLA 相比,10% 增强的样品的延展性和强度显着降低。

          该团队得出结论,他们的样品由于纤维长度短而表现出相对较高的脆性,并且通过进一步的研究,有可能生产出能够“获得增强型 3D 打印样品的拉伸性能”的更长纤维材料,并解决风能环保证书的更广泛缺陷。该团队在论文中总结道:“与原始纤维相比,两种再生纤维,即经过研磨和热解的纤维,都表现出更高的强度和刚度值。这表明从报废的风力涡轮机叶片中再利用回收的玻璃纤维不仅是一种鼓励环境的解决方案,而且还是由原始玻璃纤维增强的 FDM 3D 打印原料的竞争对手。”

      中国3D打印网原创文章!


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