Circularity of thermoplastic ComposIte wound stRuCtUres through innovative materiaL design, peeling-based disAssembly and Re-winding
通过创新材料设计、基于剥离的拆卸和重新缠绕,热塑性复合材料缠绕结构的圆形度
基本信息
- 批准号:530221883
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Research Grants
- 财政年份:
- 资助国家:德国
- 起止时间:
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Thermoplastic composite winding enables the manufacturing of lightweight tanks particularly suited for the transportation sector. Nevertheless, a classical recycling without downcycling of these structures made of valuable tapes made of continuous fibers embedded in a polymeric matrix is a major technical and economical challenge. In order to retain the value of the composite, the end-of-usage processing should preserve the continuity of the fibers to maximize the mechanical properties and maintain the fibers embedded in the matrix to simplify reuse. Recent experimental results have demonstrated the ability of peeling-based disassembly to reach these goals and have highlighted the decisive role of the interlaminar properties on the quality of the recovered material. Building on these results, the aim of the project Circular² is to enable material circularity of thermoplastic composite wound structures through innovative material design, peeling-based disassembly and tape reprocessing using a holistic design for reuse approach. Two innovative design strategies will be investigated: (A) material-focused design consisting in tuning the tape surface to induce the desired interface properties under dedicated thermo-mechanical loading; (B) structure-focusedwinding design consisting in avoiding peeling-disadvantageous fiber nesting of adjacent layers; in combination with two innovative disassembly strategies: (I) ultrasonic assistedpeeling; (II) peeling at low temperature or high peeling rate to induce an embrittlement of the layer to layer interface. Peeled tapes will be reused in a winding process. Themechanical performance will be determined after manufacturing, peeling and reuse of the tape material. A multi-physics and multi-scale simulation tool will be developed to model the mechanisms involved during the different processes. Finally, the environmental footprint of the investigated strategies will be compared.
热塑性复合材料缠绕能够制造特别适合运输行业的轻型储罐,然而,对这些由嵌入聚合物基体中的连续纤维制成的结构进行传统回收,是一个重大的技术和经济挑战。为了保留复合材料的价值,使用结束时的处理应保持纤维的连续性,以最大限度地提高机械性能,并保持纤维嵌入基体中,以简化再利用。最近的实验结果证明了剥离的能力。基于反汇编实现这些目标,并强调了层间特性对回收材料质量的决定性作用,基于这些结果,Circular² 项目的目标是通过基于剥离的创新材料设计,实现热塑性复合材料缠绕结构的材料循环。将研究使用整体设计进行再利用的拆卸和胶带再处理:(A)以材料为中心的设计,包括调整胶带表面以在专用热机械负载下产生所需的界面性能;以结构为中心的缠绕设计,包括避免相邻层的剥离不利的纤维嵌套;结合两种创新的拆卸策略:(I)超声波辅助剥离;(II)低温或高剥离速率剥离以引起层脆化剥离的胶带将在卷绕过程中重复使用,胶带材料的机械性能将在制造、剥离和重复使用后确定。将开发多尺度模拟工具来模拟不同过程中涉及的机制,最后将比较所研究策略的环境足迹。
项目成果
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