BRITE Pivot: Remanufacturing Post-Consumer Carbon Fiber Composite Materials

BRITE 支点:消费后碳纤维复合材料的再制造

基本信息

  • 批准号:
    2227649
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 60万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-01-01 至 2025-12-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This Boosting Research Ideas for Transformative and Equitable Advances in Engineering (BRITE) Pivot grant supports research that contributes to the recycling of carbon fiber-reinforced composite materials, such as those used to make aircraft bodies. Current practice for managing these materials at end-of-life involves burying in landfills or pyrolysis, the latter enabling recovery of embedded carbon fibers as low-value disordered fiber mats. This project studies a new manufacturing method for preserving the value of the continuous, ordered carbon materials embedded in these post-consumer polymer composite materials. In addition to recovering carbon fibers from these composites, this project studies methods to recover the polymer matrix that binds them and to re-manufacture these recycled materials into new high value polymer composite products. These methods enable new pathways to maximize value for the US carbon fiber composite manufacturing industry thus boosting national security and prosperity. The project facilitates the acquisition of knowledge in a new field, composite materials and manufacturing, to supplement established expertise in synthetic chemistry. Research components of the project are complemented by an engineering outreach activity that delivers introductory, immersive engineering and composite materials training to youth and parents, regardless of gender, race, and ethnicity.While reclaimed carbon fiber materials are emerging, methods to make these from post-consumer waste are nascent and methods to remanufacture fully cured, quality composites are known only for pyrolysis processes that tend to destroy much of the imbued value in these materials. Fundamental knowledge is lacking regarding resin-fiber adhesion, direct re-manufacturing of matrix residues, and process surveillance, both for making carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) recyclates and their remanufacture into new quality products. In addition to developing new manufacturing methods, the project studies imaging tools to visualize polymer recycling processes and new polymer resin systems that can be disassembled selectively by photooxidation. This research investigates photoactivated singlet oxygen (1O2) initiated resin breakdown and delivers a conceptually new approach to CFRP recycling and defect repair. This work develops a novel chemical method approach that is broadly applicable for recycling other resin and polymer composite systems. It also develops an approach to monitor CFRP remanufacturing by applying biological imaging tools to the visualization of 1O2 within solid polymers and composites. An outcome of this research is to build CFRP products manufactured from carbon fiber sheets that are collected, intact, from end-of-life polymer composite materials.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这一促进了工程(BRITE)枢轴拨款的变革性和公平进步的研究思想支持研究,有助于回收碳纤维增强复合材料,例如用于制造飞机尸体的材料。当前管理这些材料在终止生命的实践涉及埋葬垃圾填埋或热解,后者使嵌入式碳纤维作为低价值无序的纤维垫恢复。该项目研究了一种新的制造方法,用于保留这些消费后聚合物复合材料中嵌入的连续有序的碳材料的价值。除了从这些复合材料中回收碳纤维外,该项目还研究了恢复将它们结合并将这些可回收​​材料重新生产到新的高价值聚合物复合产物中的聚合物基质的方法。这些方法使新的途径可以最大程度地提高美国碳纤维复合制造业的价值,从而促进国家安全和繁荣。该项目促进了在新领域,复合材料和制造业中获得知识的获取,以补充建立合成化学方面的专业知识。该项目的研究组成部分得到了一项工程外展活动的补充,该活动为年轻人和父母提供了入门,沉浸式工程和综合材料培训,无论性别,种族和种族如何这些材料中的价值。缺乏有关树脂纤维粘附,直接重新制造基质残留物以及过程监视的基本知识,这既可以使碳纤维增强聚合物(CFRP)回收者及其再制造为新优质产品。除了开发新的制造方法外,项目研究成像工具可视化聚合物回收过程和新的聚合物树脂系统,这些系统可以通过光氧化选择性地分解。这项研究研究了光活化的单线氧(1O2)引发了树脂分解,并提供了一种概念上的新方法来进行CFRP回收和缺陷修复。这项工作开发了一种新型的化学方法,该方法广泛适用于回收其他树脂和聚合物复合系统。它还通过将生物成像工具应用于固体聚合物和复合材料内的1O2的可视化来监测CFRP再制造方法。这项研究的结果是建立了由碳纤维板制造的CFRP产品,这些产品是从终止生命的聚合物复合材料中收集,完整的。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛影响的评估标准来通过评估来进行评估的。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A Polymer Degradation and Remanufacturing Experiment in the High School Classroom
  • DOI:
    10.1021/acs.jchemed.3c00692
  • 发表时间:
    2023-12-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Lim,Y. Justin;Wong,Brandon;Williams,Travis J.
  • 通讯作者:
    Williams,Travis J.
SELECTIVE CLEAVAGE OF AMINE-LINKED EPOXY COMPOSITE MATRICES BY OXYGEN
氧选择性裂解胺连接的环氧复合材料
  • DOI:
    10.33599/nasampe/s.23.0206
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Lim, Y. J;Navarro, C. A.;Nutt, S. R.;Williams, T. J.
  • 通讯作者:
    Williams, T. J.
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Turbine scale and siting considerations in wind plant layout optimization and implications for capacity density
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  • 通讯作者:
    Aaron Barker
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    Yang Shen;C. Saunders;C. Bernal;D. L. Abernathy;Travis Williams;Michael E. Manley;B. Fultz
  • 通讯作者:
    B. Fultz
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    4.7
  • 作者:
    Richard T. Williams;Travis Williams
  • 通讯作者:
    Travis Williams
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Patrick R. Brown;Travis Williams;Maxwell L. Brown;Caitlin Murphy
  • 通讯作者:
    Caitlin Murphy
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    2022
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    2020
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    $ 60万
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    2019
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  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 60万
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    Continuing Grant

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  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 60万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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