Recyklace uhlíkových vláken po obrábění kompozitních součástí

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F46747885%3A24210%2F25%3A00013782" target="_blank" >RIV/46747885:24210/25:00013782 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Recyklace uhlíkových vláken po obrábění kompozitních součástí

Popis výsledku v původním jazyce

Ověřená technologie řeší recyklaci jemných třísek a prachu vznikajících při obrábění kompozitů CFRP řízeným spalováním ve vzduchu bez ochranné atmosféry v komorové peci při 500–600 °C. V tomto rozmezí dochází k úplnému odstranění epoxidové matrice a uvolnění čistých uhlíkových vláken bez prokazatelné degradace jejich průměru (~7,6 µm); ověřeno hmotnostní bilancí a SEM analýzou na dvou typech CFRP s odlišným poměrem vlákno/matrice. Typická hmotnostní ztráta ~40 % odpovídá vypálení matrice. Výstupní krátká rCF (jednotky až stovky µm) jsou dále využitelná jako plnivo do polymerních systémů (termoplasty i termosety). Procesní okno 500–600 °C zároveň minimalizuje povrchové poškození vláken; teploty nad 700 °C vedou k degradaci a nejsou doporučeny. Technologie je investičně a provozně nenáročná (běžná komorová pec, bez inertních plynů a chemikálií). V modelové aplikaci (100 kg odpadu/rok, obsah CF ~60 %) přináší úsporu cca 1,9–2,0 tis. EUR/rok a jednoduchou návratnost ~2 roky, současně snižuje nákup panenských vláken a náklady na likvidaci odpadu. Z environmentálního hlediska podporuje cirkulární využití CF a omezuje emise a ukládání kompozitního odpadu.

Název v anglickém jazyce

Recycling of carbon fibers after machining composite components

Popis výsledku anglicky

The verified technology addresses the recycling of fine chips and dust generated during machining of CFRP composites by controlled combustion in air (no protective atmosphere) in a chamber furnace at 500–600 °C. Within this window, the epoxy matrix is completely removed and clean carbon fibers are released without demonstrable degradation of their diameter (~7.6 µm); this was verified by mass balance and SEM analysis on two CFRP types with different fiber/matrix ratios. A typical mass loss of ~40% corresponds to matrix burn-off. The recovered short rCF (from single-digit to several hundred micrometers) can be reused as a filler in polymer systems (both thermoplastics and thermosets). The 500–600 °C process window simultaneously minimizes fiber surface damage; temperatures above 700 °C cause degradation and are not recommended. The technology is low in capital and operating demands (standard chamber furnace, no inert gases or chemicals). In a model application (100 kg of waste/year, CF content ~60%), it yields savings of approximately €1.9–2.0 k per year with a simple payback of ~2 years, while reducing purchases of virgin fibers and waste-disposal costs. From an environmental perspective, it supports the circular utilization of carbon fibers and limits emissions and landfilling of composite waste.

Druh

Z_tech - Ověřená technologie

CEP obor

—

OECD FORD obor

10511 - Environmental sciences (social aspects to be 5.7)

Projekt

—

Návaznosti

I - Institucionalni podpora na dlouhodoby koncepcni rozvoj vyzkumne organizace

Rok uplatnění

2025

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Interní identifikační kód produktu

KOM_2025_ZB_02

Číselná identifikace

—

Technické parametry

Ověřená technologie spočívá v recyklaci jemných třísek a prachu z obrábění kompozitů s uhl. vlákny řízeným tepelným působením ve vzduchu bez ochranné atmosféry v komorové elektrické peci. V laboratorním ověření byly zpracovány dva typy odpadů (trubkový polotovar cca 60 % CF / 40 % matrice a deskový polotovar cca 40 % CF / 60 % matrice) jako sypký materiál dávkovaný do neglazovaných porcelánových misek. Doporučená procesní teplota 500–600 °C zajišťuje úplné odstranění epoxidové matrice a uvolnění čistých uhlíkových vláken bez prokazatelného ztenčení (průměr vláken zůstává kolem 7,6 µm); účinek byl ověřen hmotnostní bilancí a SEM analýzou. Typický hmotnostní úbytek v tomto intervalu odpovídá vypálení matrice a pohybuje se přibližně 31,0–43,1 % u deskového a 23,2–32,3 % u trubkového odpadu. Výstupem jsou krátká recyklovaná uhlíková vlákna v rozsahu jednotek až stovek mikrometrů, s čistým povrchem, vhodná jako plnivo do polymerních systémů (termoplasty i termosety). Ověření provedeno ve spolupráci s průmyslovým partnerem KOH-I-NOOR PONAS s.r.o. Režimy ≥ 700 °C vedou k degradaci povrchu a změně průměru vláken (u 800 °C může u některých odpadů dojít i k úplnému spálení vláken), a nejsou proto doporučeny. Technologie je investičně i provozně nenáročná (běžná komorová pec, bez inertních plynů a chemikálií); požadavkem je účinné odsávání a filtrace spalin a prachu v souladu s BOZP a ochranou životního prostředí. Kvalita výstupu se rutinně ověřuje kombinací hmotnostní bilance (kontrola úplnosti odstranění matrice) a SEM kontroly (průměr a povrch vláken) v doporučeném okně 500–600 °C. kontaktní osoba. doc. Dora Kroisova, dora.kroisova@tul.cz, +420 48535 6575 Ověření technologie bylo provedeno ve spolupráci s průmyslovým partnerem KOH-I-NOOR PONAS s.r.o., IČO 15035964, se sídlem Na Vyšehradě 1091, Horní Předměstí, 572 01 Polička zastoupená: Ing. Robert Záboj Ph.D. – ředitel, jednatel, e-mail: ponas@ponas.cz, telefon: 461 723 273

Ekonomické parametry

V modelové firemní aplikaci vycházející z roční produkce 100 kg odpadu z obrábění kompozitů s obsahem uhlíkových vláken přibližně 60 % (tj. 60 kg vláken za rok) technologie nahrazuje nákup části panenských vláken a zároveň eliminuje náklady na likvidaci odpadu. Bez recyklace představují roční náklady přibližně 2 120 € (z toho nákup panenských vláken cca 2 100 € a likvidace odpadu kolem 20 €). Po zavedení recyklace klesají celkové roční náklady zhruba na 200 € (energetické a provozní náklady spojené s vypálením v peci), což přináší roční úsporu přibližně 1 900–2 000 €. Efektivní interní náklad na recyklovaná vlákna vychází řádově 3 €/kg, zatímco panenská vlákna stojí přibližně 35 €/kg. Investiční požadavek představuje pořízení běžné komorové pece bez ochranné atmosféry v orientační výši okolo 4 000 €. Při výše uvedené roční úspoře vede tato investice k jednoduché době návratnosti přibližně 2 roky. Technologie nevyžaduje pec s ochrannou atmosférou ani použití inertních plynů či chemických činidel.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

46747885

Název vlastníka

Technická univerzita v Liberci

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

N - Využití výsledku jiným subjektem je možné bez nabytí licence (výsledek není licencován)

Požadavek na licenční poplatek

—

Adresa www stránky s výsledkem

—