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Spiral RTC的創(chuàng)始人認(rèn)識(shí)到，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)可以處理航空熱塑性復(fù)合材料 (TPC) 生產(chǎn)廢料的中心，同時(shí)還要與配混商和最終用戶創(chuàng)建一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，以將這些回收材料用于新的應(yīng)用。目前，Spiral RTC 將航空級(jí)的廢料加工成再生料，然后將其配混成可注射成型的粒料，用以評(píng)估從自行車車架到工業(yè)泵部件的各種應(yīng)用(圖片來源：左上起按順時(shí)針：Spiral RTC, Rein4ced, Spiral RTC, Rein4ced)

“人們總是說:熱塑性復(fù)合材料100%可回收。的確，事實(shí)證明這是可以做到的，但沒有人真正做到?！盨piral Recycled Thermoplastic Composites BV(簡(jiǎn)稱Spiral RTC，荷蘭Enschede)的聯(lián)合創(chuàng)始人Winand Kok表示。

熱塑性塑料從本質(zhì)上被認(rèn)為是可回收的，因?yàn)榘凑斩x，熱塑性聚合物可熔化，然后可重塑成新的可用形式。由于添加了纖維增強(qiáng)材料，所以，回收熱塑性復(fù)合材料(TPC)有些復(fù)雜，但有多種回收TPC的方法，包括分離纖維與樹脂的熱處理和化學(xué)處理方法。通常，這類處理的重點(diǎn)是回收價(jià)值較高的纖維，而不是利用樹脂的可回收性。

Spiral RTC 專注于機(jī)械回收熱塑性復(fù)合材料，涉及切碎或碾碎整個(gè)熱塑性復(fù)合材料部件或廢料，然后將其熔化成“可再加工成注射成型用粒料以用于制造新部件”的材料。Kok和聯(lián)合創(chuàng)始人Hans Luinge于2022 年創(chuàng)建了 Spiral RTC，供應(yīng)商?hào)|麗先進(jìn)復(fù)合材料(及其前身 TenCate Advanced Composites)在熱固性和熱塑性復(fù)合材料領(lǐng)域多年積累的經(jīng)驗(yàn)讓他們受到啟發(fā)，認(rèn)識(shí)到了“為熱塑性復(fù)合材料廢棄物提供解決方案”的迫切需求。

對(duì)于那些旨在實(shí)現(xiàn)內(nèi)部可持續(xù)性和排放目標(biāo)或滿足當(dāng)前或未來可持續(xù)性法規(guī)要求的制造商而言，回收廢料至關(guān)重要。當(dāng)然，除可持續(xù)性外，材料供應(yīng)商或制造商回收熱塑性復(fù)合材料廢料還有各種實(shí)際原因，包括減少?gòu)U物的產(chǎn)生量，最大程度地降低將廢物運(yùn)到垃圾填埋場(chǎng)的處置成本，以減少對(duì)原生材料的依賴。

當(dāng)他們開始認(rèn)真地研究熱塑性復(fù)合材料的回收解決方案時(shí)，Kok和Luinge意識(shí)到，需要一家獨(dú)立的回收公司，該公司要足夠小，以便靈活應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的需求和變化?！拔覀兊哪繕?biāo)是，成為市場(chǎng)中心的獨(dú)立樞紐，能夠從供應(yīng)鏈中的各種來源收集廢棄物。比如，如果你只是一家大型材料制造商的回收部門，要做到這一點(diǎn)就不容易?！盞ok 說道。

就處理技術(shù)而言，兩個(gè)合作伙伴決定，推進(jìn)已得到驗(yàn)證的機(jī)械回收方法?！氨尘霸从?0年前的科學(xué)論文，該論文證明了‘回收熱塑性復(fù)合材料’可以采用機(jī)械回收、然后配混成注射成型用配混料的方式來完成?！盠uinge 解釋說，“下一個(gè)合乎邏輯的步驟是制造示范件，以證明學(xué)術(shù)研究成果可以在實(shí)踐層面上實(shí)現(xiàn)。許多成功的示范件已開始涌現(xiàn)，它們來自TPRC(熱塑性復(fù)合材料研究中心)以及GKN Aerospace和Clean Aviation等。由此，下一個(gè)合乎邏輯的步驟是在工業(yè)層面上實(shí)施這一方案，而這，正是 Spiral RTC 的用武之地。所有這些，都基于幾十年來不斷發(fā)展的研究和技術(shù)根基?！?/p>

Kok補(bǔ)充道：“在嘗試從學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室處理擴(kuò)展到工業(yè)回收水平時(shí)，存在許多挑戰(zhàn)，需要考慮許多因素，包括確保穩(wěn)定的材料供應(yīng)、解決與加工可變材料相關(guān)的技術(shù)難題、確保更高的效率、為回收材料開發(fā)應(yīng)用以及廢物處理法規(guī)。無論是過去還是現(xiàn)在，都有許多問題需要解決?！?/p>

在Spiral RTC的回收運(yùn)營(yíng)設(shè)施中，該公司目前每年能夠處理超過10噸的廢物（圖片來源：Spiral RTC）

Kok和Luinge首先與TPRC合作開展了多個(gè)成功的研發(fā)項(xiàng)目，而Spiral RTC公司也在該園區(qū)設(shè)有辦公室。該公司的回收業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)所位于附近原特溫特機(jī)場(chǎng)的一處改造后的飛機(jī)庫(kù)內(nèi)。

Spiral RTC 的商業(yè)模式包括3個(gè)步驟：第一，收集廢物；第二，將廢物轉(zhuǎn)化為可用材料；第三，再次將其商業(yè)化，換句話說就是為它尋找應(yīng)用。

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，Spiral RTC 對(duì)收到的廢料進(jìn)行儲(chǔ)存、分類和清潔，并以機(jī)械方式將其切碎成較小的尺寸，通常小于1英寸×1英寸。然后，將加工后含有短纖維和殘余樹脂的再研磨片料發(fā)送給配混合作伙伴，以進(jìn)行熔化，將它們轉(zhuǎn)化為粒料。然后，這些粒料再返回 Spiral RTC，供應(yīng)給為再生熱塑性復(fù)合材料提供應(yīng)用的公司。

目前，Spiral RTC每年能處理超過10噸的廢料?！半m然這個(gè)量還不大，但比一個(gè)研發(fā)項(xiàng)目要大得多?！闭?Kok 所描述的那樣，“這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的過程。我們不是試圖創(chuàng)新回收方法，而是試圖實(shí)施經(jīng)過驗(yàn)證的概念并將其提升到商業(yè)水平。”

目前，Spiral RTC直接從材料供應(yīng)商或最終用戶(如柯林斯宇航公司)那里獲取碳纖維增強(qiáng)熱塑性聚合物(CFRTP)材料廢料。

將航空級(jí)的熱塑性復(fù)合材料回收料發(fā)送給配混商合作伙伴，以將其加工成可注射成型的粒料（圖片來源：Spiral RTC）

“就價(jià)值而言，我們從使用尼龍及以上的高性能聚合物、控制良好的高端航空級(jí)長(zhǎng)纖維CFRTP航空材料開始?！盞ok表示。典型的材料是碳纖維增強(qiáng)PA、PEI、PPS 或 PAEK。“雖然犧牲了纖維長(zhǎng)度帶來的一些價(jià)值，但這些材料仍然具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和技術(shù)性能——這很重要，否則就不具備這樣做的商業(yè)理由。”

他強(qiáng)調(diào)商業(yè)案例是必要的。“我們不會(huì)等待立法來強(qiáng)迫人們重新使用廢料，因?yàn)檫@需要等待太長(zhǎng)的時(shí)間。只有在對(duì)各方都有經(jīng)濟(jì)意義的情況下，我們才這樣做?！?/p>

材料的選擇還必須符合生態(tài)意義?！氨热?，如果采用玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯并進(jìn)行生命周期分析，那么從生態(tài)或經(jīng)濟(jì)角度回收它可能沒有實(shí)際意義?！盠uinge 解釋說，“但是，制造碳纖維和這些高性能聚合物非常耗能，因此，使用這種生產(chǎn)廢料而不是扔掉它是有意義的?！?/p>

隨著該公司準(zhǔn)備在未來接受來自更多來源的材料，Spiral RTC還在努力解決與高效材料收集、準(zhǔn)確識(shí)別材料類型和分離不同材料相關(guān)的潛在難題。“這需要時(shí)間，并且要與不同的利益相關(guān)者合作，以便我們從現(xiàn)在開始，就要為未來準(zhǔn)備好解決方案?！盠uinge 說道。

Kok補(bǔ)充道：“我知道產(chǎn)量是一個(gè)有效的問題，我們始終關(guān)注這個(gè)問題，并制定了備用計(jì)劃。遺憾的是，產(chǎn)量還很小，因此，我們整合了來自不同來源的類似材料，但我們目前有足夠的供應(yīng)?！?/p>

Spiral RTC 正在努力實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)廢部件的高效回收，包括對(duì)這些GFRP煙霧探測(cè)器盤的回收（圖片來源：Spiral RTC）

報(bào)廢后的CFRTP部件將何去何從？目前，這是 Spiral RTC 的一個(gè)研究領(lǐng)域。通過航空業(yè)的合作伙伴，該公司已獲得了幾個(gè)玻璃纖維增強(qiáng)PEI的煙霧探測(cè)器盤，這些盤子曾隨同現(xiàn)已退役的商用飛機(jī)一起飛行。Spiral RTC 團(tuán)隊(duì)拆解并切碎了這些部件，然后，這些經(jīng)過處理的產(chǎn)物將被配混成注射成型用的粒料并進(jìn)行測(cè)試，以了解其性能與類似的原生材料相比如何。“這是使用我們現(xiàn)有的部件進(jìn)行的一個(gè)案例研究，以看看該如何處理報(bào)廢部件，了解所涉及的復(fù)雜性?！盞ok 解釋說。

Spiral RTC與配混商Witcom Engineering Plastics BV（簡(jiǎn)稱Witcom，荷蘭 Etten-Leur）展開了合作。通常，在配混過程中，回收材料與純的聚合物和/或其他添加劑（如潤(rùn)滑劑）混合，以產(chǎn)生新的配混物。挑戰(zhàn)是，要將研磨的片料轉(zhuǎn)化為可在標(biāo)準(zhǔn)的配混設(shè)備中進(jìn)行加工的形式，同時(shí)還要確保最終產(chǎn)品獲得所需的剛度和強(qiáng)度?！斑@是一個(gè)迭代設(shè)計(jì)的過程，但Witcom已在此方面進(jìn)行了投資。”Witcom的工程塑料技術(shù)銷售經(jīng)理 Nico Harperink表示。

除注射成型用的粒料外，Spiral RTC還致力于開發(fā)用于大幅面3D打印的粒料，以及鍛造碳中間體和團(tuán)狀模塑料(BMC)。對(duì)BMC的研究是與TPRC及其姊妹公司——熱塑性復(fù)合材料應(yīng)用中心(簡(jiǎn)稱TPAC)合作完成的，目標(biāo)是創(chuàng)造一種產(chǎn)品，該產(chǎn)品可以整合具有較長(zhǎng)纖維長(zhǎng)度的材料。

這些材料可用于哪些類型的產(chǎn)品呢？一個(gè)潛力巨大的應(yīng)用領(lǐng)域是工業(yè)，如軸承，這類產(chǎn)品可受益于再生碳纖維(rCF)帶來的強(qiáng)度、剛度和耐化學(xué)性?！半m然不是直接替代，但這些材料相對(duì)易于使用。”Kok說道。

這種注射成型的rCF/PPS泵殼示范件正在接受評(píng)估，以作為工業(yè)排水系統(tǒng)的鋁制替代品（圖片來源：Spiral RTC）

最近，Spiral RTC與泵制造商合作，開發(fā)了一種復(fù)雜的rCF/PPS泵殼，用于工業(yè)排水泵。這一重9公斤、尺寸56厘米×43厘米×16厘米的部件，通常由鑄鋁加工而成，現(xiàn)在可以通過注射成型以更低的成本進(jìn)行制造。

為什么選擇 rCF/PPS？Kok解釋說，PPS樹脂提供了所需的防潮性和耐化學(xué)性，而 rCF 的質(zhì)量足夠高，可以增加必要的尺寸穩(wěn)定性?！斑@是使用我們?cè)偕牧系囊粋€(gè)很好的例子，這些材料源于航空復(fù)合材料，現(xiàn)在被用于注射成型機(jī)器部件?！盞ok 說道。

該公司還與合作伙伴合作，展示這些材料在運(yùn)動(dòng)器材等方面的應(yīng)用。

比如，Spiral RTC花費(fèi)了大約2年時(shí)間，與Witcom和自行車車架制造商 Rein4ced（比利時(shí)赫倫特）合作，生產(chǎn)原型的rCFRTP 自行車組件。

Rein4ced的目標(biāo)是，使用rCFRTP生產(chǎn)完整的自行車車架。此圖為Rein4ced生產(chǎn)的一輛采用復(fù)合材料車架的自行車，但這款自行車的車架尚未采用再生碳纖維（圖片來源：Rein4ced）

“自行車行業(yè)在制造過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢物，因此，我們想找到解決方案，以便將我們自己的廢料重新用于一些新的部件，但我們還需要這種解決方案具有成本效益，并且能夠滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和我們的產(chǎn)量需求?！盧ein4ced 的材料研究工程師 Juan Geerts 解釋道。

在與Spiral RTC合作設(shè)計(jì)示范項(xiàng)目時(shí)，Rein4ced 決定從自行車車架組件開始，目標(biāo)是努力開發(fā)全車架。Spiral RTC與Witcom合作，生產(chǎn)了可滿足Rein4ced 所需性能的訂制粒料。在該項(xiàng)目中，rCF/尼龍連續(xù)纖維帶材廢料得到回收利用，與純的尼龍相結(jié)合，用以制造新的部件?！艾F(xiàn)在，我們正在努力收集數(shù)據(jù)，不僅要確定部件是否符合標(biāo)準(zhǔn)，還要確定與原生碳纖維相比，它們的碳足跡如何?！盞ok說道。

兩個(gè)合作伙伴的目標(biāo)是，生產(chǎn)出一種完整的、多材料的自行車車架，盡可能多地使用 rCFRTP。下一步是，在2026年之前，由Rein4ced 完成一個(gè)復(fù)雜的、完整的多材料車架。據(jù)說，目前生產(chǎn)的部件性能與原生材料的非常接近，而且盡可能地保持了纖維長(zhǎng)度。

Rein4ced項(xiàng)目從注射成型rCFRTP試樣開始，并與采用原生CFRTP制成的試樣進(jìn)行比較，以了解其機(jī)械性能如何（圖片來源：Rein4ced）

這些材料在價(jià)格和環(huán)境影響方面如何參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)？

“目前，回收材料的價(jià)格水平通常與原生材料的類似，但碳足跡明顯更低。”Kok 說道。他認(rèn)為，rCF也可以作為一種解決方案，來應(yīng)對(duì)未來預(yù)計(jì)的碳纖維供應(yīng)鏈短缺問題。

在碳足跡方面，回收材料與原生材料相比如何？這是Spiral RTC 團(tuán)隊(duì)正在處理的數(shù)據(jù)，該團(tuán)隊(duì)最近與TPRC 和 DLR 輕量化系統(tǒng)研究所(德國(guó)布倫瑞克)開展了生命周期分析(LCA)。

根據(jù) Spiral RTC 發(fā)布的一份白皮書，生命周期分析顯示：“與生產(chǎn)原生材料相比，溫室氣體影響顯著降低。值得注意的是，回收過程對(duì)環(huán)境的影響甚至比焚燒相同的材料要小?！睋?jù)報(bào)道，與Sphera 數(shù)據(jù)庫(kù)（用于生命周期分析的軟件套件）中記錄的類似工藝相比，Spiral RTC 的造粒工藝所消耗的能源降低了85%。

“通常，我們可以說，碳足跡要比原生配混物低一個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)然，根據(jù)材料的不同會(huì)有所不同，我們不想依賴假設(shè)?！盠uinge 補(bǔ)充道。

按照Kok的說法，注射用配混料可以多次回收，從碳足跡的角度來看，這增加了它的吸引力?！按送猓c其他回收技術(shù)相比，機(jī)械回收的能耗非常低。”Kok 說道。在確定回收材料的碳足跡時(shí)，運(yùn)輸也是一個(gè)重要方面。材料需要從生產(chǎn)工廠運(yùn)送給回收商，然后運(yùn)送給配混商，最后送給最終用戶，這有多遠(yuǎn)？“這種類型的生態(tài)系統(tǒng)僅在本地模式下有效，因此，我們現(xiàn)在在荷蘭及周邊的歐洲地區(qū)開展業(yè)務(wù)。一旦我們對(duì)此進(jìn)行了驗(yàn)證，就可以考慮在其他地區(qū)（如美國(guó)）建立工廠?！盞ok 說道。

“我們已準(zhǔn)備好擴(kuò)大規(guī)模。技術(shù)就在這里，但下一步需要什么？”Luinge 說道，“有很多很棒的示范件，但如何使它們被廣泛采用以形成一條可廣泛實(shí)施的回收路線呢？”最大的挑戰(zhàn)不在于技術(shù)本身，而在于協(xié)作生態(tài)系統(tǒng)，這樣，才能真正以工業(yè)化的規(guī)模實(shí)現(xiàn)對(duì)熱塑性復(fù)合材料的回收利用。Spiral RTC所發(fā)揮的主要作用是，嘗試構(gòu)建這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，使回收材料的上游廢物源與下游應(yīng)用保持一致。

正如 Kok 所解釋的那樣，許多供應(yīng)預(yù)浸料廢料的公司都預(yù)計(jì)，復(fù)合材料回收系統(tǒng)將比現(xiàn)在更加成熟，并期待付款和穩(wěn)定的供需率。“當(dāng)然，我們正在努力實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，但這些廢料只有在被制成新的產(chǎn)品后才有價(jià)值，而且生態(tài)系統(tǒng)仍在建設(shè)中，以完善整個(gè)價(jià)值鏈?！盞ok 說道。

他強(qiáng)調(diào)說：“我們需要愿意真正朝著更循環(huán)經(jīng)濟(jì)邁出下一步的政黨。政府可以強(qiáng)制這樣做，但如果動(dòng)機(jī)來自行業(yè)本身、公司和消費(fèi)者，那就更好了。這才是真正的挑戰(zhàn)。很多人說，他們想進(jìn)行回收，但我們需要將熱情轉(zhuǎn)化為行動(dòng)?！?/p>