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

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.
热塑性复合绕组可以制造轻巧的储罐,特别适合运输部门。然而,如果没有嵌入聚合物矩阵中的连续纤维制成的有价值的磁带制成的这些结构,这是一个主要的技术和经济挑战。为了保留复合材料的值,使用结束处理应保留纤维的连续性,以最大化机械性能并维护嵌入在矩阵中的纤维以简化重复使用。最近的实验结果表明,基于剥离的拆卸能够达到这些目标的能力,并强调了层间特性在回收材料质量上的决定性作用。在这些结果的基础上,该项目环形的目的是通过创新的材料设计,基于基于脱皮的拆卸和磁带重新处理,使热塑性复合伤口结构的材料循环呈现,以进行重复使用方法。将研究两种创新的设计策略:(a)以材料为中心的设计,包括调整胶带表面以在专用的热机械加载下诱导所需的界面特性; (b)以结构为中心的设计设计,包括避免相邻层的剥离纤维嵌套;结合两种创新的拆卸策略:(i)超声波辅助; (ii)在低温或高剥离速率下剥离,以诱导层的覆盖层到层界面。剥皮的磁带将在蜿蜒的过程中重复使用。在制造,剥离和重复使用胶带材料后,将确定机械性能。将开发多物理和多尺度仿真工具,以模拟不同过程中涉及的机制。最后,将比较调查策略的环境足迹。

项目成果

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