复合材料可持续性

我不愿使用“可持续”这个词来形容将高度精炼的工业产品粘合在一起，以制造大部分不必要的产品。事实是，复合材料加工可能非常浪费，即使是非常标准的加工技术也会产生大量不可回收的混合塑料垃圾。如果您在复合材料加工设施中工作，请去查看您的垃圾箱并亲眼看到问题——我们都在做坏事，我们没有意识到我们需要的程度！考虑到这一点，我们的经济体系的基础是建造东西并相互出售。我们主要通过从地下挖出或种植和收获它们来获得材料。大量深不可测的早已死亡的植物物质被吸收和挖掘出来，以推动其他材料的精炼——所有这些都是为了我们可以完全按照我们希望的方式混合它们，创造出我们需要的东西。事实是，我们确实需要它们——我们创建了一个巧妙的系统，该系统高度利用了“仅开采成本”的能源、复杂的供应链和制造流程，如果没有许多工业产品，我们真的无法生存。我们需要建造只是为了生存！在孤立的情况下，复合材料似乎是对地球和我们未来的生态噩梦和犯罪——与其他材料相比，我们可以选择它们具有可救赎的品质。 金属平均需要更多的能量来提取和提炼给定的有用单位。原塑料通常是可回收的，但物理性能有限。虽然很糟糕，但塑料/纤维复合材料肯定有空间！增强纤维通常基于石化（碳）或矿物（玻璃纤维）前体，这些前体需要大量能量来生产 - 但不如金属多。典型的热固性树脂（环氧树脂、聚酯、酚醛树脂）基于工业化学，其中大部分是由石化前体开发的，所有这些都需要大量的能量来精炼、加工和运输。总体而言，在许多应用中，复合材料的重量优势可以降低产品生命周期内的能耗。这也许是未来车辆中复合材料的最佳论据——我们应该用石化产品建造而不是燃烧它们。

客机就是一个很好的例子。波音787的结构是50%的复合材料。这样可以减轻20%的重量 - 或者在相同重量下可以增加20%的飞机。与不使用复合材料的类似飞机相比，波音787将减少约20%的燃料使用。在数十年的服务中，它每小时的飞行将使用更少的燃料。鉴于人们不太可能完全停止飞行 - 这种复合材料的使用很有意义。在小批量方面，就给定最终产品的能源使用量和产生的废物而言，目前的高性能热固性复合材料实践确实是不可持续的。赛车和游艇将继续制造装满混合塑料废物的巨大垃圾箱，没有办法有意义地减少这种情况并保持一次性预浸料或注入部件的质量。这是我们都应该知道的，并且在使用这些材料时要注意这一点。如果您能开发出一种减少报废零件或减少材料使用的方法，那将有所帮助，并且应该是优先事项！热固性树脂不容易回收，但热塑性塑料可以。你只需加热它们并重塑！对于汽车和其他“移动设备”的大规模生产，热塑性塑料非常有意义。通常，热塑性塑料是在一组模具中在压力和热量下成型的 - 类似于注塑成型，但带有纤维增强。让纤维在您想要的地方运行是一项挑战，通常热塑性预浸料与注塑“二次成型”相结合，以制造长纤维增强网状部件。工艺材料少，循环时间快。在此过程中使用了大量能量，但比用金属铸造或加工类似零件要少得多——而且复合材料零件在相同的强度下更轻。生产复合材料的未来正朝着热塑性方向发展。对于体积较小的零件，3D打印正在满足数十到数百个零件的成型。热塑性3D打印长丝已经与简单的长纤维增强相结合，以构建一次性部件。随着技术的进步，这只会变得更好、更快。复合材料将在更小的零件体积上实现越来越多的自动化。很快，“3D打印”和“复合材料”之间的界限将通过自动纤维放置和增材制造的模具和芯材更加彻底地模糊。所有这些都是复合材料可持续性的好消息。使用自动化来提高复合叠层效率的趋势是好的。更广泛地使用热塑性塑料而不是热固性塑料的趋势是好的。虽然我们必须建造东西才能生存，但我们应该用最合适的材料建造它们。有时，制造更轻的车辆所消耗的能源将通过在其使用寿命内减少能源使用而获得数倍的回报。复合材料不是大多数产品的答案，但对于必须在恶劣环境中飞行或驾驶或持续很长时间的东西，它们通常是最好的选择。