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Reciclagem de fibra de carbono

À medida que a demanda por materiais compósitos como fibra de carbono continua crescendo, a indústria manufatureira se depara com a possibilidade de superar a capacidade de produção. Ao mesmo tempo, os resíduos da fibra são um problema alarmante. O polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) é utilizado em aplicações massivas, como turbinas eólicas – milhares das quais são retiradas de serviço anualmente. A indústria aeroespacial tem uma taxa de sucata estimada em 30%. Mais de 24.000 toneladas de resíduos de fibra de carbono acabam em aterros sanitários ou são incinerados todos os anos, apesar de valerem até US$ 630 milhões.

Faria sentido para as empresas recuperar o material valioso – exceto que a fibra de carbono é notoriamente difícil de reciclar devido ao fato de suas fibras serem ligadas por uma matriz de resina epóxi termofixa extremamente estável. (Antecedentes: As fibras de carbono são tecidas em tecidos e impregnadas com plástico para formar prepreg. Este prepreg é formado em diferentes formas e curado em peças compostas sólidas, que não derretem como o aço ou o alumínio). Biodegradável, qualquer resíduo enviado para aterros ficará lá para sempre. Felizmente, uma empresa com sede no Colorado chamada Vartega patenteou um processo de solvólise de baixa energia para recuperar fibra de carbono de sucata pré-impregnada de alta qualidade e tecidos de fibra seca.

A fibra de carbono reciclada – que apresenta as mesmas propriedades mecânicas da fibra de carbono virgem – pode ser incorporada em materiais intermediários, incluindo tecidos não tecidos, pellets termoplásticos e filamentos de impressão 3D.

Processo de Reciclagem da Fibra de carbono

A fibra de carbono virgem é cara e consome muita energia para produzir. É tradicionalmente proveniente de petróleo bruto, onde acrilonitrila – um produto de petróleo bruto refinado – é polimerizada para produzir fibra de poliacrilonitrila por meio de aquecimento a temperaturas de até 1.000°C. “Você tem combustíveis fósseis, seu processo de refino e toda a energia para primeiro oxidar e depois carbonizar esse material”, disse Maxey.

“Há muita energia incorporada na fibra. Para nós, como indústria, colocar toda essa energia em um material e depois descartar um terço é muito difícil. Não é bom para a economia ou para o meio ambiente.”  Ao contrário dos concorrentes que usam métodos como a pirólise para queimar a resina de compósitos curados, o processo de reciclagem da Vartega está focado em dissolver a resina do pré-impregnado não curado. Solventes industriais – os mesmos que são usados ​​para fabricar os compósitos – são usados ​​primeiro para lavar o pré-impregnado.

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Fonte: (https://www.engineering.com/)

A mistura de solventes de resina é posteriormente recuperada e purificada, de modo que fluxos de resíduos secundários não sejam criados no processo. A fibra de carbono livre de resina e aglutinante restante é lavada com dióxido de carbono. “Não há resíduo”, afirmou Maxey. “Nós não temos um carvão sobrando na fibra de carbono, e também não danificamos a fibra. É um processo muito suave para que a fibra saia uma grande bagunça fofa. Estamos patenteando propriedade intelectual adicional sobre como convertê-la em pacotes de feeds fáceis. Seja nossa fibra reciclada ou outra matéria-prima ou fluxo de fibra de carbono, otimizamos esses pacotes que fluem com muita facilidade para a produção tradicional de plásticos.

Esse é um fator importante que contribui para a facilidade de adoção do nosso material e pode ser usado como um substituto imediato para a fabricação tradicional de termoplásticos de fibra de carbono.” Uma vez que a fibra de carbono é separada de sua matriz de resina, há a opção de picá-la e consolidá-la com um ligante compatível para composição termoplástica. Exemplos de produtos finais incluem termoplásticos reforçados com fibra de carbono de polipropileno e poliamida, essenciais para a indústria automotiva.

A reciclagem de fibra de carbono economiza 95% da energia de fabricação da fibra virgem e, como resultado, custa de 40% a 50% menos. Enquanto a fibra industrial custa US$ 8-10 por libra, a fibra de carbono da Vartega é vendida por US$ 5-6 a libra.“Torna-se mais acessível para indústrias como a automotiva, que historicamente lutam para justificar o preço mais alto da fibra de carbono virgem”, declarou Maxey.

Aplicações da Fibra de Carbono Reciclado da Vartega

Como o material reciclado da Vartega mantém as propriedades mecânicas da fibra de carbono virgem, ele apresenta as mesmas características de resistência, rigidez, expansão térmica, condutividade térmica e condutividade elétrica. “Isso é importante para aplicações em que você pode moldar uma peça por injeção e pode tornar a espessura da parede da peça mais fina”, disse Maxey. “O material também pode ser usado em aplicações estruturais. Demonstramos que nossa fibra de carbono em termoplásticos tem baixa resistividade para aplicações em ESD.

E então a condutividade térmica é realmente muito empolgante do ponto de vista da transferência de calor para gabinetes eletrônicos termicamente condutivos, por exemplo. Há muito trabalho em compartimentos de bateria para o espaço do veículo elétrico. A fibra de carbono também tem um coeficiente de expansão térmica muito baixo, de modo que pode ser submetida a uma ampla faixa de temperaturas sem expandir ou contrair. Isso é especialmente relevante para a manufatura aditiva em termos de empenamento.

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Fonte: (https://www.engineering.com/)

A fibra de carbono da Vartega já está sendo utilizada em diversas aplicações comerciais, de autopeças a produtos de consumo, como instrumentos musicais, eletrônicos e artigos esportivos. Por exemplo, Vartega fez parceria com a X-Hurl para projetar e construir o primeiro hurley composto de fibra de carbono da América do Norte para o jogo irlandês de hurling. .

Uma área com grande potencial para a fibra de carbono é a indústria automotiva, onde a redução de peso dos veículos leva a um maior alcance e economia de combustível, ao mesmo tempo em que reduz as emissões. Espera-se que os compósitos desempenhem um papel significativo em tecnologias emergentes, como veículos autônomos e elétricos.

“O grande foco do setor automotivo é a substituição de metais”, disse Maxey. “Então, substituindo aço, alumínio e magnésio para reduzir o peso e também consolidar peças.” A Vartega está atualmente concluindo um projeto de dois anos com o Institute for Advanced Composites Manufacturing Innovation (IACMI) para enfrentar os desafios de criar termoplásticos reforçados com fibra de carbono reciclado consistente para uso na indústria automotiva.

E a segurança da cadeia de suprimentos?

À medida que a tecnologia de reciclagem de fibra de carbono avança, ainda há questões da cadeia de suprimentos a serem consideradas em relação à disponibilidade de materiais. Afinal, se não há material para reciclar – ou nenhum produto para usar fibra de carbono recuperada – não importa se a tecnologia é avançada. “Temos a sorte de ter um fornecimento muito forte de materiais de fabricantes de fibra de carbono, fabricantes aeroespaciais, fabricantes de energia eólica, bem como automotivo, artigos esportivos e outras indústrias”, afirmou Maxey.

Embora a Vartega tenha uma instalação no Colorado para processar sucata composta, seu equipamento de reciclagem de fibra de carbono também é projetado para se encaixar em unidades modulares que podem ser implantadas nos locais de produção das empresas por meio da plataforma de assinatura de hardware como serviço da Vartega. Há também a opção de estabelecer centros regionais de reciclagem para lidar com sucata de várias empresas.

“Faz muito sentido construir um modelo distribuído que reduza o transporte e a logística – por sua vez, reduzindo a pegada de carbono do processo de reciclagem. Essa é uma grande parte do nosso modelo daqui para frente. É o que nos permitirá escalar, porque essa cadeia de suprimentos distribuída também nos permite conectar a oferta à demanda com muita eficiência.”

Colaboração da Vartega com a Autodesk

Além da utilização do software da Autodesk para o projeto de seus equipamentos, instalações, fluxo de produção e peças, a Vartega conta com o apoio da Autodesk Foundation. “Estamos muito alinhados com a Autodesk na forma como vemos o impacto; uma de nossas métricas que medimos e acompanhamos é a redução de gases de efeito estufa”, disse Maxey.

“Para cada tonelada de fibra de carbono que reciclamos, economizamos 13,4 toneladas de CO2 em comparação com a fabricação de fibra de carbono virgem. E para cada tonelada de fibra usada na redução de peso automotivo, economizamos outras 47,7 toneladas de emissões de CO2.

Joe Speicher, chefe de sustentabilidade da Autodesk, falou sobre os esforços de circularidade e sustentabilidade da Vartega. “Sou cético em relação ao termo circularidade”, expressou Speicher. “É jogado de um lado para o outro, é agitado e mal definido. Vartega é um exemplo perfeito para mim de circularidade. Se eles forem muito bem-sucedidos, podem enfrentar uma cascata de resíduos de outros setores – e nós os apoiamos o tempo todo.”

O projeto ambicioso e inovador  promete ajudar a reduzir as emissões e o desperdício da fibra de carbono para saber mais sobre ele e seu desenvolvimento leia a matéria completa no site.

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