Przemysł włókna węglowego (carbon fibre – CF) przeszedł ogromne przeobrażenie w ciągu ostatnich piętnastu lat. W tym okresie następował stały wzrost wykorzystywania CF w wielu gałęziach gospodarki. W 2000 roku zapotrzebowanie światowego rynku było mniejsze niż 20 000 milionów ton (inaczej: megatony – MT). Obecnie zużycie to oscyluje przy 60 000 MT, a przewiduje się, że w okolicach 2020 roku liczba ta osiągnie poziom nawet 100 000-140 000 MT. Wzrost zużycia włókien węglowych wymusza prace nad rozwojem coraz skuteczniejszych form recyklingu tego materiału.

Łukasz Bolewski

Kompozyty zbrojone włóknem węglowym (CFRP) charakteryzują się niezwykłą wytrzymałością przy bardzo niskiej gęstości. To dwie z wielu zalet CFRP, dzięki którym włókno węglowe znalazło zastosowanie w wielu różnych gałęziach przemysłu. Dwa główne sektory aplikacji kompozytów wzmacnianych włóknami węglowymi to przemysł motoryzacyjny oraz przemysł lotniczy. Przykładowo, samoloty Dreamliner Boeing 787 oraz Airbusy A350 i A380 zbudowane są do 50% przy użyciu CFRP.

Rys. 1    Schemat zastosowania materiałów konstrukcyjnych przy budowie samolotów Airbus

Przemysł motoryzacyjny rozwija się bardzo gwałtownie, między innymi przez zmieniające się uregulowania prawne, określające wymagania dotyczące emisji tzw. gazów cieplarnianych. Dlatego oszczędność masy w technologii produkcji samochodów ma kluczowe znaczenie dla zmniejszenia zużycia paliwa. Efekt ten można osiągnąć przez zastosowanie CFRP.

Ponadto, materiały kompozytowe stosowane są w przemyśle stoczniowym oraz rekreacyjnym, a także w produkcji łopat turbin wiatrowych, jak również w branży poszukiwawczej węglowodorów.

Jednak ogromne zainteresowanie CFRP wywołuje również ujemne skutki. W trakcie produkcji komponentów z CFRP generowana jest znaczna ilość odpadów, w tym montażowe ścinki, materiały testowe, narzędzia wytwarzane do produkcji i produkty przeterminowane oraz po okresie eksploatacji. W sumie, około 30% wyprodukowanego CFRP traktowane jest jako odpad. Zbliża się również czas, kiedy pierwsze samoloty zbudowane na bazie CFRP zostaną przeznaczone na rozbiórkę. To samo spotka dzisiejsze nowe konstrukcje za trzydzieści lat. Dostępna obecnie technologia pozwala na przetwarzanie jedynie kompozytów zbrojonych włóknem węglowym, a na przemysłową technologię przetwarzania innych kompozytów, np. szklano-epoksydowych, trzeba będzie jeszcze poczekać. Warto jednak zwrócić uwagę, iż w zastosowaniach lotniczych dominują współcześnie kompozyty zbrojone właśnie włóknem węglowym.

Tab. 1    Zestawienie różnych metod recyklingu CFRP

Recykling kompozytów na bazie włókna węglowego jest bardzo wymagający, ze względu na ich złożoną budowę (osnowa, włókna, napełniacze), usieciowany charakter żywic termoutwardzalnych oraz stosowanie dodatków (metaliczne dodatki, plaster miodu, kompozyty hybrydowe itp.).

Obecnie większość odpadów CFRP jest składowana. Dla przykładu, kadłuby samolotów wycofanych z użytkowania składowane są na tzw. cmentarzach pustynnych, na lotniskach lub składowiskach. Zauważalna jest potrzeba recyklingu materiałów CFRP i zamknięcie ich tzw. cyklu życia (Rys. 2). Ma to ogromne znaczenie dla dalszego stosowania materiału w niektórych przemysłach np. motoryzacyjnym.

Rys. 2    Cykl życia CRFP