SISTEMA AUTOMÁTICO E INTEGRADO PARA LA RECUPERACIÓN DE LA FIBRA E INERTIZACIÓN DE RESINA DE LA FIBRA DE CARBONO PREIMPREGNADA.

Proceso integrado de recuperación de fibra de carbono a partir de tejido o cinta de carbono preimpregnada.

El proceso permite la recuperación por una parte de fibra de carbono con un contenido en resina prácticamente despreciable, y por otra de la resina del tejido polimerizada; es decir, en forma de residuo inerte.

El proceso se fundamenta en eliminar la resina parcialmente polimerizada con un proceso simple energéticamente. El proceso se basa en aplicar calor para disminuir la viscosidad de la resina; y presión para lograr que la resina fluya. Al final del proceso se obtiene separada la resina polimerizada y la fibra reciclada. Con el fin de conseguir una eliminación más exhaustiva de la resina el proceso termina con una limpieza con disolvente como por ejemplo acetona.

El proceso es aplicable en aquellos casos que el material ha caducado pero que la resina ha sufrido poca polimerización de forma que puede fluir al ser sobrecalentada y al aplicar una ligera presión.

En aquellos casos que se requiera una eliminación más exhaustiva de la resina, el sistema permite el acoplamiento de una unidad de lavado con disolvente como por ejemplo acetona.

Sistema automático e integrado para la recuperación de la fibra e inertización de resina de la fibra de carbono preimpregnada SECTOR DE LA TÉCNICA

La patente se centra en una nueva tecnología que permita en planta el tratamiento de tejido o cinta de carbono preimpregnada caducada para la rápida recuperación, por una parte de fibra de carbono con un contenido en resina prácticamente despreciable, y por otra de la resina del tejido polimerizada; es decir, en forma de residuo inerte.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Tradicionalmente, los componentes de materiales compuestos de los aviones y automóviles abandonados al final de su ciclo de vida, han sido eliminados en los vertederos o incinerados. Los vertederos son la opción menos rentable económicamente, en 2004, la mayor parte de los Estados Miembros de la Unión Europea (UE) aprobaron leyes prohibiendo el vertido de materiales compuestos. Por otra parte, respecto a la incineración, debe considerarse que la matriz polimérica al igual que los plásticos, pueden liberar subproductos tóxicos durante la incineración.

La directiva relativa al final de ciclo de vida de los vehículos (EEEV) , publicada en 2000 por la UE, y adoptada por las naciones miembros de la UE en noviembre 2003, requiere que el 95 por ciento de todos los vehículos fabricados después de enero 2015 deben reutilizarse o recuperarse. Existe por consiguiente una presión política para desarrollar recursos renovables, por no hablar de la creciente preocupación por los cambios climáticos. A partir de 2010, el EEEV pone la responsabilidad de la eliminación al fabricante original de los equipos (OEM) .

Desde que se concibiera la idea de reciclaje de materiales compuestos, el mayor desafío ha consistido en desarrollar un proceso de reciclado rentable. Los avances tecnológicos han desarrollado metodologías de reciclaje de carbono, obteniendo al final del proceso de reciclaje fibras en forma picada o molida, denominadas fibras cortas, que impide su reutilización para aplicaciones estructurales. Si bien es cierto que como principal ventaja es su bajo coste en relación al coste de las fibras continuas.

Actualmente la demanda de fibra de carbono corta está incrementando, especialmente en aplicaciones donde el ahorro de costes asociados con la reutilización de la fibra es la etapa principal a la vez que se tratan de aplicaciones no estructurales donde el empleo de fibras cortas puede ser una solución.

Las técnicas actuales que permiten reciclar la fibra de carbono con resina termoestable se pueden clasificar en tres grandes grupos: mecánicos, físicos y químicos.

Dentro de los procesos mecánicos nos encontramos la trituración para la obtención de polvo o de fibra triturada. A partir de polvo y fibra triturada mediante la incorporación de resina puede obtenerse productos secundarios de reciclado.

Los métodos físicos son principalmente la termólisis. Es decir la separación de la resina cuando se somete a un proceso térmico. En el reciclaje de la fibra de carbono el tipo de termólisis más utilizado es la pirolisis, degradación de la resina por calentamiento y en ausencia de oxígeno. Con frecuencia se realiza la pirolisis al vacío. Al calentar en el vacío se puede reducir el punto de ebullición de los compuestos. Con frecuencia se combinan procesos de pirolisis con gasificación para obtener la revalorización energética del proceso.

Los métodos químicos se caracterizan en general por proveer de fibras de mejor calidad. En este caso se induce la rotura del polímero termoestable por acción del disolvente. Además de solvólisis también se ha propuesto el reciclaje de la fibra de carbono mediante hidrólisis por medio supercrítico. En este sentido se han utilizado alcoholes tanto en condiciones supercríticas como subcríticas.

En la siguiente tabla se reúnen las 94 patentes más relacionadas con la temática. Importante remarcar que ninguna de ellas realiza ningún tratamiento similar al propuesto en esta patente.

PUBLICATION NUMBER TITLE ASSIGNEE-DWPI PUBLICATION YEAR

1 CN201482486U AN ACTIVE CARBON FIBRE FILTERING CORE FOR ABSORBING VOCS WASTE GAS QUINGADO HUASHIJIE ENVIRONMENTAL PROTECTI 2010

2 CN101792195A ACTIVE CARBON FIBRE ABSORBING DEVICE AND DESORBING DEVICE FOR ORGANIC SEWAGE UNIV SHANGHAI JIAOTONG 2010

3 CN101654231A A HIGH-POWER HELLIUM RECYCLING AND PURIFICATION SYSTEM SUITABLE FOR AEROSTAT UNIV BEIJING AERONAUTICS & ASTRONAUTICS 2010

4 CN201384909Y REGENARATION BOX FOR CARBON FIBRE OF HAIRY DOLL LIN Z 2010

5 CN101798465A A NATURAL FIBRE COMPOSITE MATERIAL AND PREPARATION METHOD THEREOF LONGHAI NAITE CHEM CO LTD 2010

6 CN101798465A A COMPOSITE MATERIAL CAPABALE OF PERMANENTLY RELEASING VOLATILE SUBSTANCE AND PREPARATION METHOD THEREOF LONGHAI NAITE CHEM CO LTD 2010

7 CN101703867A MANUAL SWITCHING SELF-DRAINAGE TYOPE ACTIVATED CARBON ORGANIC WASTE GAS PURIFICATION RETRIEVER JIANGSU SUTONG CARBON FIBER CO LTD 2010

8 CN201454348U A FIXED LATHE SMOKE PURIFYUNG DEVICE UNIV HUAZHONG SCI & TECHNOLOGY 2010

9 DE102009002157A1 VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR AUSRICHTUNG NICHTMAGNETISCHER ELEKTRISCH LEITFÄIGER FASERN DEUT ZENT LUFT & RAUMFAHRT EV 2010

10 EP967190B2 PROCESS FOR PRODUCING COATED SHORT FIBERS DAIMLER AG|FREISTAAT BAYERN|UNIV ERLANGEN FRIEDRICH-ALEXANDER 2010

11 KR2010119865A THE REGENARATION OF THE CARBON FIBER MILLED CARBON LTD|RECYCLED CARBON FIBRE LTD 2010

12 JP04565461B2 THE RECYCLE METHOD OF THE WASTE MATERIAL WHICH CONSISTS OF CFRP NIKKISO CO LTD 2010

13 JP2010116649A METHOD FOR PRODUCING CARBON FIBER PACKAGE TORAY IND INC 2010

14 KR944825B1 HEATABLE THIN LAYER PACKING MATERIAL FOR A ROAD, AND A PACKING METHOD USING THE SAME WITH EXCELLENT DURABILITY AND ADHESION HWANG I 2010

15 US2010119865A UTILIZATION OF RECYCLED CARBON FIBER GEIGER E 2010

16 CN101544449A USE OF CARBON FIBRE BIOMEMBRANE CARRIER IN WASTEWATER DISPOSAL UNI BEIJING CHEM TECHNOLGY 2009

17 WO2009090264A1 RECYCLING CARBON FIBRE MILLED CARBON LTD|RECYCLED CARBON FIBRE LTD 2009

18 JP04381064B2 A WASTE GAS PROCESSING APPARATUS AND A PROCESSING METHOD MITSUBISHI JUKOGYO KK 2009

19 JP2009018963A CARBON FIBER FINE PARTICLES, AND MANUFACTURING METHOD AND APPARATUS THEREFOR KOTEGAWA KOGYO KK 2009

20 JP2009175048A SAMPLING SYSTEM AND ANALYZING METHOD|A SAMPLING SYSTEM AND THE ANALYSIS METHOD ISUZU MOTORS LTD 2009

21 JP2009228197A METHOD FOR PRODUCING CARBON FIBER BY UTILIZING WASTE TIRE TAR CORONA KK 2009

22 KR922255B1 PELLICLE AND A PELLICICLE REWORK METHOD, CAPABLE OF INCREASING THE PELLICLE REWORK YIELD DONGBU HITEK CO LTD 2009

23 KR890618B1 AN ELASTIC PAVEMENT USING CHARACOAL G.K CO LTD 2009

24 WO2009035403A9 A RECYCLABLE COMPOSITE AND A METHOD AND A KIT FOR PRODUCING IT DALBORG M|MOTSANOS G 2009

25 RU2343133C2 COKE REINFORCED WITH CARBON FIBRE, OBTAINED ON RETARDED COKING INSTALLATION SGL CARBON AG|FROHS W 2009

26 CN101293165A HIGH-EFFICIENCY ENERGY-SAVING RECYCLING SYSTEM FOR ORGANIC WASTE GAS OF ACTIVE CARBON FIBRE QINGDAO HUASHUIE ENVIROMENTAL PROTECTI 2008

27 CN201058268Y ACTIVE CARBON FIBRE ORGANIC EXHAUST GAS CLEANER YUN F 2008

28 CN101288820A RECYCLING METHOD AND SYSTEM FOR EXHAUST ORGANIC GAS BY MEANS OF ACTIVE CARBON FIBRE TAKING NITROGEN AS DESORPTION MEDIUM BEIJING YUNCHENTIAN ENVIROMENTAL PROTEC 2008

29 US736808782 GAS RE-USING SYSTEM FOR CARBON FIBER MANUFACTURING PROCESSES GRUPO ANTOLIN ING SA|MELGAR BACHILLER A|MERINO SANCHEZ C 2008

30 JP2008162145A RESIN MOLDED ARTICLE CALSONIC CORP|CALSONIC KANSEI CORP 2008

31 JP04059635B2 A STORAGE FACILITY AND ITS CONSTRUCTION|ASSEMBLY METHOD TAISEI CONSTR CO LTD 2008

32 JP04103990B2 THE DELIVERY BOX USING A STATIC-REMOVAL STRUCTURE AND THIS STRUCTURE FUJITSUKA H|HAYAKAWA E|ISHIKAWA S|ISHIKAWA Y|KUSAKA T|TOFUN 2008

H

33 KR864418B1 VAPOR-GROWN CARBON FIBER AND PRODUCTION PROCESS THEREOF SHOWA DENKO KK 2008

34 KR2008082130A EXHAUST GAS TREATMENT APPARATUS USING AN ACTIVATED CARBON FIBER DAEKI ENG&CONSTR CO LTD 2008

35 KR2008096120A METHOD FOR PRODUCTING ALLOY SUPPORTED CARBON FIBER FOR REUSE JANG H 2008

36 KR2008096122A METHOD FOR PRODUCTING ALLOY SUPPORTED CARBON FIBER FOR REUSE JANG H 2008

37 US7341627B2 FIBER REINFORCED CONCRETE PRODUCTS AND METHOD OF PREPARATION OGDEN J H|OGDEN TECHNOLOGIES INC 2008

38 HU200500436A1 HOFFMANN L 2007

39 CN101062595A APPLICATION AND PRODUCT OF DISCARDED LEFTOVER MATERIAL IN PROCESS OF MANUFACTURING CARBON FIBER/FIBERGLASS COMPOSITE MATERIAL CHEN J 2007

40 JP2007131463A METHOD OF TREATING WASTE PLASTIC CONTAINING CARBON FIBER UBE IND LTD 2007

41 JP2007306810A GREENING MATERIAL...

1. El proceso permite recuperar la fibra de carbono manteniendo su forma y eliminar la resina termoestable, procediendo a su polimerización e inertización. Se trata de un proceso aplicable a tejido preimpregnado caducado pero no polimerizado completamente.

2. La inertización de la resina se efectúa por polimerización de la misma una vez separada de la fibra de carbono. El proceso de eliminación de la resina es el calentamiento de la resina y el fluido de la misma promovido por una diferencia de presión lograda mediante aplicación de presión mecánica sobre la fibra y vacío en el depósito de resina.

3. Sobre el material calentado se efectúa un lavado con disolvente, como por ejemplo acetona, para completar la eliminación de las últimas trazas de resina se realiza en caso de requerirlo mediante un lavado con disolventes como por ejemplo acetona a temperaturas moderadas.

4. La fibra de carbono procesada es secada para eliminar las trazas de disolvente y enrollada para recuperar el tejido en las dimensiones originales del carbono.

5. La máquina presenta una estructura compacta de forma que la maquinaria definida para el proceso se adapta a rollos de tejido preimpregnado de entre 1 y 1.5 m.

6. Para lograr la suficiente fluidez de la resina, el sistema es calentado entr.

9. 120ºC para lograr que la resina fluya.

7. La presión mecánica ejercida a la fibra de carbono se adapta al tipo de tejido y a su densidad. La presión debe ser lo más grande posible para eliminar la mayor parte de resina y ser lo suficientemente pequeña para no producir daños en la fibra.

8. La presión mecánica se ejercerá mediante rodillos móviles. Los rodillos deberán tener una estructura pulida que mediante un rascador adecuado pueda eliminarse en carda giro cualquier residuo de resina.

9. La resina recogida en la zona de polimerización del proceso es ligeramente sobrecalentada en la interfase para promover su polimerización.

10. El funcionamiento de la máquina en este proceso es continuo con todas sus partes funcionando de forma sincronizadas.

11. En caso de incorporarse una etapa de limpieza con disolvente, el carbono con un contenido pequeño de resina y a una temperatura adecuada es sumergido por un baño de disolvente de forma que la resina es fácilmente disuelta en el medio.

12. El disolvente puede recuperarse y reutilizarse mediante un proceso de destilación en continuo.

13. Toda la zona de lavado se encuentra sellada y con sistemas de filtración adecuados para evitar la liberación de compuestos orgánicos volátiles al medio ambiente.

14. Los módulos de eliminación de resina y el módulo de lavado con disolvente son módulos fácilmente acoplables.

Figura 1: Esquema general del Proceso

ES 2 423 256 Al

Figura 2: Configuración modular del proceso y posible máquina