Como recuperar fibras de carbono de los desechos. Minimizar el consumo de energía es un elemento fundamental en nuestro camino hacia sociedades basadas en la sostenibilidad. Y el empleo de materiales avanzados juega un papel clave en este sentido.
Los plásticos reforzados con fibra de carbono (CFRP) y los termoplásticos reforzados con fibra de carbono (CFRTP) son dos ejemplos destacados de materiales compuestos. Que pueden mejorar significativamente la eficiencia energética en diversos campos de aplicación.
Estos compuestos están hechos de fibras de carbono incrustadas en una matriz polimérica, como la resina epoxi. Gracias a su bajo peso y notable resistencia mecánica, los CFRP y CFRTP pueden reducir en gran medida el consumo de combustible de aviones, naves espaciales y coches. Además, son duraderos y resistentes a la corrosión, lo que los hace adecuados para aplicaciones de energía renovable como turbinas eólicas.
En los últimos años, la demanda de CFRP y CFRTP ha crecido explosivamente. Sin embargo, esto también significa que la cantidad de residuos de CFRP/CFRTP también está aumentando rápidamente. Dado que la producción de fibras de carbono consume mucha energía, los investigadores han estado buscando formas económicamente viables de recuperarlas de los desechos de CFRP/CFRTP mediante varios procesos. Hasta ahora, la técnica de descomposición térmica (pirólisis) parece ser la más eficaz. Pero preservar las propiedades mecánicas de las fibras recuperadas ha resultado un desafío.
Cambiar las condiciones
En este contexto, investigadores de la Universidad de Doshisha (Japón) intentaron investigar los beneficios de realizar la pirólisis de CFRP/CFRTP en una atmósfera de vapor sobrecalentado (SHS) en lugar de la atmósfera estándar. El profesor asociado Kiyotaka Obunai y el profesor Kazuya Okubo son quienes están detrás de este enfoque innovador.
El fundamento es relativamente sencillo. El Dr. Obunai explica: “El SHS no solo previene la oxidación de las fibras de carbono al crear un ambiente con bajo contenido de oxígeno. Si no que también elimina los residuos de polímeros de la superficie de las fibras recuperadas.
“Los investigadores no solo probaron las características mecánicas de las fibras de carbono recuperadas. Si no que también evaluaron el rendimiento de los compuestos CFRP reales fabricados con estas fibras. Para ello, realizaron ensayos de resistencia a la flexión. Y ensayos de resistencia al impacto Izod. Que evalúan la capacidad de los materiales para soportar cargas aplicadas mediante flexión y su resistencia ante golpes bruscos, respectivamente. Como recuperar fibras de carbono de los desechos.
Excelentes perspectivas
Los resultados de sus experimentos revelaron varios aspectos atractivos de la recuperación de pirólisis en SHS. En primer lugar, utilizando técnicas de microscopía avanzadas, los investigadores descubrieron que la atmósfera SHS suprimía la formación de defectos en forma de hoyuelos llamados “picaduras” en las fibras recuperadas, logrando una superficie lisa.
Además, cuando la pirólisis se realizó a altas temperaturas (≥ 873 K), las fibras recuperadas en una atmósfera de aire exhibieron una resistencia a la tracción. Y una tenacidad a la fractura muy reducida en comparación con las de las fibras “vírgenes”.
Por el contrario, estas propiedades mecánicas permanecieron relativamente iguales en las fibras recuperadas en una atmósfera SHS. Destacando la ventaja de la atmósfera SHS para preservar tanto la tenacidad a la fractura como la resistencia a la tracción de las fibras recuperadas.
Además de esto, las fibras recuperadas en una atmósfera SHS también mostraron menos variación en sus propiedades mecánicas. Lo que hizo que su rendimiento fuera más consistente y más adecuado para aplicaciones prácticas.
Y la atmósfera SHS durante la pirólisis mitigó la degradación de la resistencia a la flexión, junto a la resistencia al impacto Izod. Haciéndolos similares a los compuestos fabricados con fibras vírgenes.
Gran potencial
En conjunto, estos hallazgos resaltan el potencial de la pirólisis en una atmósfera SHS para recuperar fibras de carbono a partir de compuestos. Al proporcionar una forma eficaz de reciclar, este enfoque podría ser la clave para introducir con éxito los CFRP/CFRTP en una economía circular.
«Este trabajo proporciona potencialmente un método eficaz para la recuperación de residuos de CFRP y contribuye a la viabilidad de alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible». EL Dr. Obunai concluye diciendo que. «La eficacia de adoptar una atmósfera SHS en lugar de gases inertes para la recuperación de pirólisis a gran escala de residuos de CFRP debería investigarse en trabajos futuros»
Se espera que futuras investigaciones consoliden la posición de los CFRP/CFRTP como materiales sostenibles y energéticamente eficientes para diversas aplicaciones, lo que conducirá a un futuro más ecológico. Como recuperar fibras de carbono de los desechos.
Referencia: artículo reciente publicado en Composites Part A: Applied Science and Manufacturing.
