炭素繊維の連続再生を商業化する新たな取り組み

国立複合材料センター（NCC）は、英国で炭素繊維の連続再生を産業化するための新たな3年間の取り組みの開始を発表した。

NCCは、B&M LongworthおよびCygnet Texkimpと提携して試験を監督し、5月に以前に研究されたリサイクルプロセスの商業化を目指している。 このプロジェクトは現在、これらの事業を改良して拡張し、再生された連続炭素繊維を市場に投入することを目指しています。

プロジェクトの第 1 段階は 2022 年 11 月に完了する予定で、同センターは工業化の次の段階に移行する前に材料の性能を評価する予定です。

炭素繊維の継続的なリサイクルを実現

B&M Longworth の技術である DEECOM プロセスを利用することで、元々はフィルターや生産設備から廃ポリマーを除去するために設計され、古いカーボンファイバー材料は再利用のために分解されます。

このプロセスでは、圧縮下の過熱蒸気を使用して複合材料のポリマーの微細な亀裂に侵入し、そこで凝縮させます。 減圧されると、材料は沸騰して膨張し、亀裂が入り、砕けた粒子が運び去られます。

この圧力サイクルを繰り返すことで、繊維内に浮遊しているすべての物質が放出され、個別の要素が回収されるようになります。 主な構成要素の材料をそのまま残すことができるため、任意の長さの材料を保持できます。

航空機、電気自動車、水素貯蔵タンクなど多くの技術の製造に応用されるため、バージン繊維の需要は2025年までに供給を上回ると見込まれている。したがってNCCはサプライチェーンの圧力を緩和し、英国を複合材料の主導権に据えることを目指している。リサイクルし、業界のネットゼロ目標の達成を支援します。

たとえば、再生された連続炭素繊維は、製造時に平均約 13.6kg の二酸化炭素を排出するトレーナーなどのスポーツ用品の製造に使用される未使用素材を置き換えることができます。 しかし、NCC は、その新しいプロセスにより、再生炭素繊維を使用することで、材料製造時の排出量を 1 kg あたり 29.5 kg の CO2e から 5 kg CO2e に削減できると予測しています。

さらに、供給が減少するとバージン炭素繊維のコストが上昇するため、航空宇宙・防衛関連企業が優先されるため、サプライチェーンでのセカンドライフ素材の採用が企業の収益維持に役立つことをプロジェクトは期待している。

新しいプロセスは、3 つの異なるグレードの炭素繊維の作成を加速することを目的としています。 グレード A。エネルギー、自動車生産、スポーツ用品に使用される、指定された長さと剛性の連続繊維を含む。 グレード B、自動車、船舶、医療市場に適用可能な指定された長さと剛性の短繊維用。 グレード C、化学処理に使用できる損傷した繊維をマークします。

これらはさまざまな商業用途をサポートし、英国で埋め立て地に送られる連続炭素繊維強化ポリマー (CFRP) 材料の量を今後 4 年間で 50% 削減すると期待されています。

現在、炭素繊維をリサイクルする方法は細断されたセグメントしか処理できず、産業用途は限られています。 NCC が工業化を目指している新しい連続炭素繊維ストリップは、従来のリサイクル材料よりも高い材料性能を保持しています。

6 段階のプロセス

最初のスプリント プロジェクトに続いて、プログラムは 6 つの連続したフェーズに入ります。 フェーズ 1 では、自動ファイバー検査やプロセスの拡張方法の理解など、再生プロセスに入る材料の原料の品質について検討します。

次にフェーズ 2 では、長繊維を特定の特性に合わせて回収するプロセスを「調整可能」にし、長繊維再生のためのエネルギー モデルを定義することを検討します。 次に、フェーズ 3 では、ファイバーをどのような速度で巻き戻すことができるか、および再生ファイバーの損傷を適切な速度でどのように特定できるかを決定します。 フェーズ 4 では、再生繊維をバージン素材と比較し、市場価格を見つけることで、その特徴を明らかにします。

これが完了すると、第 5 段階ではリサイクル繊維の再形成が開始され、商業利用に適した形式にサイズ変更されます。 プロセスが完了すると、フェーズ 6 では OEM への再生ファイバーの契約供給の策定に焦点を当てます。

これらの段階は全体として、連続炭素繊維を再生するサプライチェーンの種を蒔くことを目的としています。 パートナーがこのプロセス全体から把握しようとしているのは、たとえば、国内リサイクル センターの要件と生産性を、オンサイトのリサイクル プラントを持つ繊維メーカーの要件と生産性と比較することにより、運営規模がプロセスに及ぼす潜在的な違いです。

国立複合材料センターの最高技術責任者であるエンリケ・ガルシア氏は、「有名なように、英国は炭素繊維製造の工業化で世界をリードしているが、この分野の発展には苦戦している。我々は専門知識の多くを輸出し、さらには製造インフラも輸出した」と語った。その後、日本は 1980 年代の米国の国防費の大幅な増加と、その後の高級炭素繊維製品に対する消費者需要のブームを利用することができました。

「私たちは今、炭素繊維のリサイクルに必要なプロセスを工業化することで新しい市場を推進するまたとない機会を手にしています。英国でこの能力を確立するために今全力で取り組むことが不可欠です。」

「私たちはこのコラボレーションを急速に拡大し、製造時の二酸化炭素排出量を急速に削減するために、再生連続繊維を使用した製品デモンストレーターの加速に興味のあるパートナーを探しています。」