UAEの研究者は、リサイクルされた3Dプリント廃棄物を使用して炭素繊維強化プラスチックを開発し、ポリエステル材料の持続可能な開発を実現しました。

UAEの研究者は、リサイクルされた3Dプリント廃棄物を使用して炭素繊維強化プラスチックを開発し、ポリエステル材料の持続可能な開発を実現しました。
2022年6月3日、Antarctic Bearは、アラブ首長国連邦大学の研究者がリサイクルされた3DプリントPLAと炭素繊維廃棄物を使用したリサイクル複合材料の開発を研究していることを知りました。
1世紀以上前に発明されて以来、プラスチックの消費量は増加し続けており、人類と地球の生態系の両方に課題をもたらす廃棄物汚染を引き起こしています。特に近年では、より持続可能な社会の実現を目指して「グリーンイニシアティブ」が推進されています。そうした取り組みの 1 つがリサイクルであり、3D プリントのポリ乳酸廃棄物などのポリマーを新しい用途に再利用します。
同様に、複合材料の需要も長年にわたって増加しており、炭素繊維強化材は従来の製造と 3D プリントの両方で応用されています。ポリマーと同様に、自動車や航空宇宙などの産業における炭素繊維の広範な使用は、廃棄物汚染問題の悪化に寄与しています。
アラブ首長国連邦の研究者たちは、2つの異なる廃棄物の流れを再利用し、複合材料部門の材料ニーズに対応するという、一石二鳥の方法を発見した。
炭素繊維複合シート。画像はFuro Systemsより。
炭素繊維強化ポリ乳酸<br /> ポリ乳酸(PLA)は、糖の発酵中に生成される乳酸から作られるバイオベースのポリマーです。もともとは原油ベースのポリマーに代わる環境に優しい代替品として開発され、技術的には生分解性です(ただし、産業用堆肥化条件下では)。 PLA はデスクトップ 3D プリントで最も広く使用されているポリマーであるだけでなく、パッケージングや使い捨てカップなどにもさまざまな用途があります。
純粋な PLA はコスト効率が非常に高く、加工しやすく、3D プリントも容易ですが、熱安定性と機械的安定性が低いため、高性能アプリケーションには適していません。
PLA の材料特性を改善する 1 つの方法は、炭素繊維強化材などの添加剤を使用することです。炭素繊維複合材は、機械的特性と耐熱性の優れた組み合わせを提供できるためです。
炭素繊維廃棄物(a、c)を3Dプリントされたポリ乳酸廃棄物(b)と二軸押出機(d)で混合し、リサイクル複合材料を作成します。画像提供:アラブ首長国連邦大学。
リサイクル複合材の性能はどのようなものですか?
リサイクル複合材料を作成するために、研究チームはUAE大学の試作研究室から3Dプリントされたポリ乳酸の残りを収集しました。複合材料中の炭素繊維成分を得るために、CFプリプレグボードと廃棄炭素繊維ボードを選択しました。 PLA と炭素繊維の廃棄物は、さまざまな比率で細断、粉砕、混合、添加剤との溶融ブレンドされます。
その後、研究チームはこれらの配合物を熱プレスして「ドッグボーン」サンプルを作成し、万能試験機を使用してリサイクル複合材料の機械的特性を評価しました。
興味深いことに、研究者たちは、添加剤の割合と充填剤の種類の両方が機械的特性に影響を与えることを発見しました。たとえば、20% 炭素繊維複合材は、20% 炭素繊維プリプレグ複合材よりも弾性率が高くなります。
要約すると、炭素繊維強化により PLA の強度が全般的に向上し、20% 炭素繊維複合材の降伏強度が最も高くなりました。しかし、補強材の割合が高くなると、材料の延性に悪影響が大きくなることも判明しました。
この研究は、PLA と炭素繊維の両方をリサイクルして、調整可能な特性を持つグリーン複合材料を開発できることを実証しています。著者らは、自分たちのプロジェクトが、産業用のリサイクル複合材料をより効率的に製造する方法を研究する他の人々にとっての足がかりとなることを期待している。
リサイクル複合材料の応力-ひずみ曲線。画像提供:アラブ首長国連邦大学。
研究の詳細は、「炭素繊維/PLAリサイクル複合材料」と題された論文に記載されています。

関連論文リンク: https://www.mdpi.com/2073-4360/14/11/2194/htm
3Dプリンティングの分野では、環境に優しい材料の研究開発は常に活発な市場となっています。今月、ブラジルの石油化学会社ブラスケムが初の持続可能な3Dプリントフィラメントをリリースした。製品ラインには、サトウキビ原料から抽出されたバイオベースの EVA フィラメントである FL600EVA-BIO のほか、リサイクルされたポリエチレン (PE) およびポリプロピレン (PP) 製品が含まれます。
一方、バース大学の研究者らは最近、紫外線のみを使用してポリ乳酸材料を分解する新しい方法を開発した。同大学の持続可能・循環技術センター(CSCT)の科学者らは、ポリ乳酸に砂糖を加えることで、自然条件下では実際に数時間以内にポリ乳酸が分解できることを実証した。
ポリエステル、炭素繊維強化プラスチック、持続可能な開発

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