Как свидетельствуют итоги изучения научных трудов, на современном этапе развития промышленного производства чаще всего применяются термические, термохимические и механические технологии утилизации полимерных композиционных материалов на основе углеродного волокна (углепластиков) [4], [8], [9], [10], [15], [16]. Исследователи пишут о существовании трёх ключевых особенностей термических технологий утилизации углепластиков: 1) при извлечении углеродного волокна происходит разложение органической полимерной матрицы с последующим сжиганием продуктов данного разложения; 2) правильно подобранная рабочая температура позволяет получать вторичное углеродное волокно достаточного качества; 3) максимальное избавление от остатков смолы и пироуглерода возможно при наличии небольшого количества кислорода в рабочей среде. Важнейшими достоинствами термохимических технологий утилизации углепластиков учёные признают: 1) более мягкие температурные условия по сравнению с термическими методами; 2) возможность более гибкого управления качеством получаемого вторичного углеродного волокна. Говоря о недостатках выше отмеченных способов переработки углепластиков, специалисты обращают внимание на то, что: 1) в рабочую среду добавляют достаточно агрессивные реагенты; 2) компоненты полимерной матрицы, перешедшие в виде мономеров и олигомеров в раствор, не всегда могут быть полезно использованы ввиду их качества, поэтому утилизация таких растворов может стать трудноразрешимой задачей. Относительно механических технологий утилизации углепластиков специалисты информируют о неэффективности их практического употребления с учётом технико-технологических характеристик и стоимости получаемых вторичных продуктов.
Производственный опыт утилизации углепластиков показывает, что для максимального сохранения свойств переработанного армирующего наполнителя (вторичного углеродного волокна) целесообразно использовать сольволиз и пиролиз. В ходе промышленных испытаний обнаружено, что в процессе пиролиза отходов углепластиков, при нагревании которых наполнитель обычно разрушается вместе со связующим веществом, в ряде случаев можно получить достаточно дорогостоящие и эффективные углеродные адсорбенты типа активированных углей, которые могут быть использованы в многочисленных технико-технологических процессах для рафинирования газовых и жидких сред и потоков, в различных отраслях индустрии при решении широкого круга задач защиты окружающей среды.
Проведённый анализ теоретических и практических аспектов промышленной реализации технологий утилизации полимерных композиционных материалов в целом и полимерных композиционных материалов на основе углеродного волокна (углепластиков) в частности позволяет сформулировать следующие выводы. Во-первых, на сегодняшний день проблема переработки углепластиков по окончании их жизненного цикла является важной для научно-технических работников и, не смотря на относительно большое количество исследований по данному вопросу, до сих пор не существует универсальных высокопродуктивных промышленных технологий утилизации этих материалов. Во-вторых, перспективными направлениями ликвидации углепластиков выступают технологии утилизации, которые позволяют осуществлять вторичную переработку данных материалов: другими словами, основной задачей при утилизации углепластиков является извлечение армирующего углеродного волокна, который в дальнейшем может использоваться повторно при производстве полимерных композиционных материалов. В-третьих, для утилизации углепластиков можно использовать термические, термохимические и механические способы переработки, у каждого из которых есть своя специфика, достоинства и недостатки, требующие дальнейшего совершенствования технологий их реализации с целью повышения продуктивности.
Список литературы
1. Каблов Е.Н. Разработки ФГУП «ВИАМ» в области расплавных связующих для полимерных композиционных материалов / Е.Н. Каблов, Л.В. Чурсова, А.Н. Бабин, Р.Р. Мухаметов, Н.Н. Панина // Полимерные материалы и технологии. - Гомель, 2016. - Т. 2. - № 2. - С. 37-42.
2. Каблов Е.Н. Тенденции и ориентиры инновационного развития России: сб. информ. материалов. 3-е изд., перераб. и доп. / Е.Н. Каблов. - М.: ВИАМ, 2015. - 720 с.
3. Xu Y. Current overview of carbon fiber: Toward green sustainable raw materials / Y. Xu, Y. Liu, S. Chen, Y. Ni // BioRes. - NY, 2020. - № 15 (3). - Р. 7234-7259.
4. Малаховский С.С. Углепластики в современном мире: их свойства и применения / С.С. Малаховский, А.Н. Панафидникова, Н.В. Костромина, В.С. Осипчик // Успехи в химии и химической технологии. - М., 2019. - Т. XXXIII. - № 6 (216). - С. 62-64.
5. Зеленина И.В., Гуляев И.Н., Кучеровский А.И., Мухаметов Р.Р. Термостойкие углепластики для рабочего колеса центробежного компрессора / Зеленина И.В., Гуляев И.Н., Кучеровский А.И., Мухаметов Р.Р. // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. - М., 2016. - № 2 (38). - С. 64-71.
6. Гиннэ С.В. К вопросу о полимерных композиционных материалах на основе углеродных волокон / С.В. Гиннэ // Механики XXI веку: научно периодическое издание по материалам XXI Всероссийской научно-технической конференции «Механики XXI веку». Братск: Изд-во БрГУ, 2022. - № 21. - С. 235-241.
7. Чепелева К.В. Восстановление и усиление несущих конструкций внешним армированием - углеродной лентой «FibARM» / К.В. Чепелева, О.С. Никитина, С.В. Рябчевская, Д.С. Максимцев // Эпоха науки. - Ачинск, 2016. - № 8. - С. 169-173.
8. Ильиных Г.В. Основные направления утилизации углепластиков / Г.В. Ильиных // Бюллетень науки и практики. - Нижневартовск, 2019. - Т. 5. - № 12. - С. 69-78.
9. Петров А.В. Технологии утилизации полимерных композиционных материалов (обзор) / А.В. Петров, М.С. Дориомедов, С.Ю. Скрипачев // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. - М., 2015. - № 8. - С. 2-16.
10. Николайкин Н.И. Экология: учебник для вузов / Н.И. Николайкин, H.E. Николайкина, О.П. Мелехова. - М.: Дрофа, 2004. - 624 с.
11. Pickering S.J. Recycling technologies for thermoset composite materials - current status / S.J. Pickering //Composites: Part A 37. - 2006. - P. 1206-1215.
12. Борщевский A.A. Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий / A.A. Борщевский, A.C. Ильин. - М.: Высшая школа, 1987. - 366 с.
13. Pinero-Hernanz R. Chemical recycling of carbon fibre reinforced composites in nearcritical and supercritical water / R. Pinero-Hernanz, C. Dodds, J. Hyde et al. //Composites: Part A. - 2008. - Vol. 39. - P. 454-461.
14. Howarth J. Energy intensity and environmental analysis of mechanical recycling of carbon fibre composite / J. Howarth, S.R. Sada, P.T. Mativenga //Journal of Cleaner Production. 2014. - Vol. 81. - P. 46-50.
15. Gosau J-M. Integrated Composite Recycling Process / J-M. Gosau, T.F. Wesley, R.E. Allred // Proc. 38th. SAMPE Tech. Conf. - Dallas, TX, November 7-9, 2006. - URL: https://www.researchgate.net/publication/286712047_Integrated_Composite_Recycling_Process (дата обращения 24.05.2022 г.).
16. Нистратов А.В. Термографическое исследование отходов угле- и органопластиков как средство оценки рациональных условий их деструкции / А.В. Нистратов, К.Л. Ву, В.Н. Клушин, С.И. Мишкин, М.С. Дориомедов, М.И. Дасковский // Труды ВИАМ. - М., 2017. - № 11 (59). - С. 98-106.