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Wärmebasierte Ablösung verspricht die Verwendung von Verbundwerkstoffen zu verändern

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Die von Forschern des National Composites Centre in Bristol demonstrierte Technologie verspricht, die Demontage, Reparatur und Wiederverwertung von Verbundstoffteilen zu erleichtern.

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Die in Zusammenarbeit mit einem Team der Oxford Brookes University entwickelte Technologie - bei der sorgfältig modifizierte Strukturklebstoffe verwendet werden - ermöglicht es, Verbundstrukturen mit Hilfe einer einfachen Wärmequelle schnell und kostengünstig zu trennen (oder zu lösen).

Es wird behauptet, dass die Forschung einen transformierenden Einfluss auf das Design, die Nutzung und das Recycling von Produkten am Ende ihrer Lebensdauer haben könnte, darunter Autos, Flugzeuge und Windturbinen.

Die Projektleiterin, die NCC-Forschungsingenieurin Lucy Eggleston, sagte, dass die Gruppe die Verwendung von zwei speziellen handelsüblichen Additiven untersucht hat, die jedem Strukturkleber zugesetzt werden können.

Die ersten dieser Zusätze, expandierbare Mikrokugeln, wurden bereits früher für Anwendungen zum Lösen von Verklebungen erforscht, jedoch nie für Anwendungen im industriellen Maßstab. Dabei handelt es sich effektiv um thermoplastische Blasen, die Kohlenwasserstoffe mit relativ niedrigen Siedepunkten enthalten, erklärte Eggleston.

"Wenn sie Hitze ausgesetzt werden, wird die thermoplastische Blase formbar und dehnbar, und die Kohlenwasserstoffe kochen und dehnen sich aus", sagte sie. "Dadurch dehnt sich die ganze Blase aus, was, wenn sie als Teil einer Verbindung verwendet wird, dazu führt, dass zwei Oberflächen auseinander gedrückt werden und eine Klebeverbindung aufbricht

Der zweite Zusatzstoff, Blähgraphit, der noch nie zuvor für diese Anwendung erforscht worden sei, funktioniere auf eine etwas andere Weise, fügte sie hinzu.

"Wir verwenden diese Graphitstapel mit wirklich dünnen Kohlenstoffschichten zwischen diesen Graphitplatten. Wenn sie Hitze ausgesetzt werden, oxidieren sie, und das führt zu einer Ausdehnung. Diese Ausdehnung zwingt die verbundenen Teile auseinander

Während der Erprobung der Technologie demonstrierte das Team mögliche Anwendungen an einem Batteriekasten, der von Williams Advanced Engineering geliefert wurde.

"Wir entwarfen drei verschiedene Merkmale, die industriell relevant sein würden, verbanden sie miteinander und demonstrierten die Anwendung dieser Technologie, indem wir all diese verschiedenen Teile freisetzten", sagte Eggleston.

Eine Reihe verschiedener Wärmequellen wurde erprobt, darunter eine maßgeschneiderte Induktionsspule, die auch auf einer Demontagelinie eingesetzt werden konnte und kann, eine Infrarotlampe, eine Heißluftpistole und ein Ofen. Die Induktionsspulenmethode war in der Lage, eine Verbindung in nur sechs Sekunden zu lösen, während die IR-Lampe und die Heißluftpistole etwas länger brauchten.

Indem Verbundwerkstoffkomponenten während der Herstellung leicht neu positioniert und wiederverwendet werden können - und indem Reparatur- und Recyclingprozesse vereinfacht werden - sollte die Technologie, so Eggleston, zu einer weitaus effizienteren Nutzung von Verbundwerkstoffen führen.

"Wir sehen, dass Nachhaltigkeit und das Ende des Lebens und die Möglichkeit, das, was man hergestellt hat, wiederzuverwenden oder das, was man hat, zu reparieren, eine größere Bedeutung haben, als einfach ein neues zu schaffen, und dies ist eine der Technologien, die nachhaltige Herstellungstechnologien ermöglichen

Sie fügte hinzu, dass dies auch dazu beitragen könnte, die zunehmende Verwendung von Klebstoffen voranzutreiben, die aus verschiedenen Gründen attraktiv sind, aber immer noch Nachteile haben.

"Wir sehen eine Abkehr von Schraubverbindungen. Sie benötigen viel Zeit für den Zusammenbau, erhöhen das Gewicht einer Struktur, und wenn man sie am Ende der Lebensdauer wieder auseinandernehmen will, dauert es ebenfalls sehr lange. Die Verwendung eines schnell aushärtenden Klebstoffs ist wesentlich schneller und wirtschaftlicher als die Verwendung von Schrauben. Aber das Problem mit diesen permanenten Klebstoffen ist, dass man sie nicht einfach auseinandernehmen kann, wenn etwas schief geht. Mit einer Technologie wie dieser erhält man das Beste aus beiden Welten"

Dies könne sich wiederum auf die Konstruktion von Verbundwerkstoffkomponenten auswirken. "Wir haben mit einer Reihe von Kunden und Mitgliedern über das Design für die Demontage gesprochen - und ich denke, dies ist eine der Schlüsseltechnologien, die eine Menge davon ermöglichen wird. Sie wird den Designbereich erweitern und den Designern ein wenig mehr Freiheit geben, wenn es darum geht, wie sie sicherstellen können, dass etwas strukturell solide und zuverlässig ist, aber auch diesen zusätzlichen Bonus am Ende der Lebensdauer oder während des Gebrauchs hat

Die im Rahmen des Technologie-Pull-Through-Programms des NCC - das auf die beschleunigte Kommerzialisierung vielversprechender universitärer Forschungsprojekte abzielt - durchgeführte Initiative zur Ablösung von Verbundwerkstoffen ist bereits auf grosses Interesse gestossen.

Eggleston sagte, dass Kunden und Mitglieder des NCC bereits eine Reihe potenzieller Anwendungen identifiziert hätten, darunter die Unterstützung der Automobilindustrie bei der Erfüllung der Richtlinie über Altfahrzeuge und die Möglichkeit für die Windenergieindustrie, Turbinenblätter leichter zu segmentieren.

"Es gibt eine riesige Anzahl von Anwendungen, was für eine einzige, recht einfache Technologie recht interessant ist", sagte sie.

Trotz des Umfangs der möglichen Anwendungen, fügte sie hinzu, dass der Einsatz der Technologie eindeutig auf Umgebungen beschränkt sei, in denen die Betriebstemperaturen relativ niedrig sind.

"Wenn Sie Teile eines Motors zusammenkleben, möchten Sie diese Technologie wahrscheinlich nicht verwenden. Aber für äußere Teile eines Autos, innere Teile eines Flugzeugs und Teile einer Windturbine... es gibt eine Reihe von Anwendungen, bei denen die Temperaturen, bei denen die Verwendung dieser Teile völlig in Ordnung ist, nicht vorkommen

Eggleston und das Team versuchen nun, die Technologie auf die nächste Stufe zu bringen und eine Reihe spezifischer Anwendungen zu untersuchen.

"Wir haben ein paar Kunden, die dies mit uns weiter vorantreiben wollen", sagte sie. "Wir wollen die Technologie für ihre spezifischen Anwendungen weiter optimieren und mit ihnen zusammenarbeiten, um sicherzustellen, dass die Technologie ihnen alles bieten kann, was sie brauchen", sagte sie