تطوير تقنية صينية من CCIC لإعادة تدوير نفايات ألياف الكربون عالية القيمة بمواصفات 12k-48k

أخبار ar.wedoany.com، كشف الفريق البحثي بقيادة البروفيسور يي شياوسو (Yi Xiaosu) في مركز ابتكار تكنولوجيا ألياف الكربون والمواد المركبة بدلتا نهر اليانغتسي (Yangtze River Delta Technology Innovation Center for Carbon Fibre and Composites، CCIC) عن تقنية متكاملة لإعادة التدوير والتصنيع على طول سلسلة القيمة، لمواجهة أربع مشكلات رئيسية في صناعة ألياف الكربون، وهي: ارتفاع استهلاك الطاقة، وارتفاع انبعاثات الكربون، وارتفاع تكاليف المواد الخام، وانخفاض القيمة المضافة لإعادة تدوير المواد المهملة.

يتطلب إنتاج كيلوغرام واحد من ألياف الكربون الأولية القائمة على بولي أكريلونيتريل (PAN) استهلاك 318.2 ميغاجول من الطاقة، وينتج عنه ما يقرب من 20 كيلوغراماً من انبعاثات الكربون؛ وتمثل مرحلة الإنتاج حوالي 60% من إجمالي انبعاثات الغازات الدفيئة على مدى دورة حياة المواد المركبة. وتتجاوز حصة الصين حالياً 50% من الطاقة الإنتاجية العالمية لألياف الكربون قيد التشغيل، مما يضع الصناعة أمام ضغوط للتحول نحو نموذج منخفض الكربون. كما أن سعر ألياف الكربون الأولية الذي يتراوح بين 11 و17.5 دولاراً أمريكياً للكيلوغرام الواحد يشكل عائقاً أمام استخدامها على نطاق واسع في تطبيقات تخفيف الوزن في قطاع السيارات. أما عمليات إعادة التدوير التقليدية فلا تنتج سوى منتجات منخفضة القيمة مثل مواد القولبة بالحقن من الألياف المقطعة وحصائر الألياف المقطعة، مما يصعّب إعادة إدخال المواد في الحلقات عالية القيمة المضافة مثل أقمشة ألياف الكربون والمواد مسبقة التشريب (البريبريغ).

المنتج التقني الأساسي الذي تم إطلاقه هذه المرة هو ContRGF. وتتيح هذه التقنية المحمية ببراءة اختراع تحويل نفايات ألياف الكربون المقطعة إلى خصلات مستمرة من الألياف، بمواصفات تتراوح من 12k إلى 48k، حيث تبلغ قوة الشد للألياف الناتجة 2.0 إلى 3.5 جيجاباسكال، ومعامل المرونة 200 إلى 350 جيجاباسكال، بما يتوافق مع المعايير الصناعية الصينية لألياف الكربون كبيرة الخصلات. وبدمج ContRGF مع راتنج الإيبوكسي الحيوي القائم على الصنوبري الذي تم تطويره في إطار مشروع التعاون الصيني-الأوروبي ECO-COMPASS، يمكن إنتاج مادة مركبة صديقة للبيئة تُعرف باسم ContRPMC. وتتميز هذه المادة المركبة الخضراء أيضاً بقابلية التحلل الحفزي المعتدل لتحرير المكونات عالية القيمة، مما يشكل سلسلة اقتصاد دائري. وقد أكمل الفريق بالفعل التصنيع التجريبي والتحقق من صحة مكونات تخفيف الوزن لقطاع السيارات والمكونات الهيكلية لقطاع الطيران والفضاء.

وأشار CCIC إلى أن أقمشة العلامة التجارية ContRGF متوافقة مع عمليات التصنيع الرئيسية للمواد المركبة، بما في ذلك التشكيل اليدوي، والقولبة بالضغط، والتشكيل بالفراغ، والتشكيل السائل بالحقن (RTM)، ويمكن استخدامها في خطوط الإنتاج الحالية دون الحاجة إلى تعديلات جوهرية. وتشمل الأسواق المستهدفة السيارات، والنقل بالسكك الحديدية، والسفن، والأجهزة الكهربائية الاستهلاكية، والسلع الرياضية، ومكونات التصميم الداخلي للطائرات.

حالياً، أنشأ CCIC أول منشأة تجريبية على مستوى المختبر للتحلل الحفزي، مزودة بغرف معالجة مخصصة يمكنها التكيف مع الأشكال والأحجام المختلفة لنفايات المواد المركبة، مما يتيح إعادة تدوير المكونات بالكامل؛ كما تم تشغيل خط إنتاج تجريبي بنطاق شبه صناعي لنسج ألياف الكربون المعاد تدويرها، لإنتاج دفعات صغيرة من أقمشة ContRGF والمواد مسبقة التشريب.

وقام الفريق مؤخراً بتصنيع غطاء محرك سيارة تجريبي من المواد المركبة الهجينة. وأوضح البروفيسور يي شياوسو، الرئيس التنفيذي لمركز CCIC، أن الطبقة الخارجية للغطاء تستخدم أقمشة ألياف الكربون الأولية لضمان جودة سطح من الفئة Class-A، بينما تستخدم المواد الأساسية للبنية الداخلية بشكل أساسي ContRGF، حيث تبلغ نسبة الألياف الأولية إلى الألياف المعاد تدويرها حوالي 1:2 إلى 1:3، مما يحقق التوازن بين جودة السطح والخواص الميكانيكية والتكلفة. وبالإضافة إلى غطاء المحرك، طوّر الفريق أيضاً نماذج أولية متعددة لمكونات السيارات والمواد المركبة غير الهيكلية للطائرات.

وأفاد الدكتور ليو تسيتشيان (Liu Ziqian)، مدير التعاون الصناعي في CCIC، أن هذه التقنية توفر مساراً جديداً لتحقيق إعادة تدوير منخفضة التكلفة ومنخفضة الكربون للمواد المركبة الإيبوكسية في حلقة مغلقة. وأضاف أن الفريق سيواصل تعزيز نضج التقنية، والعمل مع شركاء سلسلة القيمة محلياً ودولياً لاستكشاف الفرص السوقية للمواد المركبة من ألياف الكربون المعاد تدويرها.

وفي نوفمبر 2025، وقّع CCIC اتفاقية تعاون استراتيجي مع شركة ميشلان (شانغهاي) للبوليمرات المحدودة (Michelin (Shanghai) Polymers Co.)، حيث سيتعاون الطرفان في البحث والتطوير المشترك والتطبيق الصناعي لأنظمة راتنجات عالية الأداء قائمة على المواد الحيوية وغير السامة.