Hispanopedia WikiLos componentes compuestos reciclados son componentes de ingeniería fabricados total o parcialmente a partir de materiales compuestos reciclados . Estos componentes se fabrican utilizando fibras de refuerzo recuperadas, matrices de polímeros reciclados, materiales de polímeros reforzados con fibra reutilizados o recortes de fabricación. [ 1 ] [ 2 ] Estos componentes se fabrican a partir de desechos de producción, estructuras compuestas al final de su vida útil o materias primas compuestas recuperadas mediante procesos de reutilización, remanufactura o reciclaje. [ 3 ] Su uso se está extendiendo en industrias como la aeroespacial , la automotriz , la de la construcción y la naval . [ 1 ]
A diferencia del reciclaje convencional de materiales compuestos, que se centra principalmente en la recuperación de los materiales constituyentes o la reducción de residuos, los componentes de materiales compuestos reciclados se centran en la fabricación de nuevos productos de ingeniería a partir de materias primas de materiales compuestos reciclados. [ 1 ] Dependiendo de la materia prima, el proceso de fabricación y los requisitos de diseño, estos componentes pueden utilizarse en aplicaciones no estructurales, semiestructurales o estructurales. [ 2 ]
La creciente preocupación por el medio ambiente , las normativas cada vez más estrictas sobre la gestión de residuos y la demanda de materiales de ingeniería ligeros han impulsado la investigación en componentes compuestos reciclados. Los avances en los métodos de fabricación, como el moldeo por compresión y el procesamiento de fibras discontinuas, han ampliado el abanico de aplicaciones de ingeniería para los materiales compuestos reciclados. [ 3 ] [ 4 ]
Fuentes de materiales reciclados
Los materiales utilizados para fabricar componentes compuestos reciclados se obtienen principalmente de residuos de fabricación y estructuras compuestas al final de su vida útil . [ 2 ] [ 5 ] Los residuos de fabricación se generan durante la producción de piezas compuestas e incluyen recortes, esqueletos de corte de capas, residuos de recorte, materiales de fin de rollo, preimpregnados caducados y componentes rechazados que no cumplen con los requisitos de calidad. [ 4 ] Debido a que estos materiales a menudo conservan gran parte de su arquitectura de fibra y matriz polimérica originales, con frecuencia se pueden reutilizar o remanufacturar en nuevos componentes compuestos con un procesamiento adicional mínimo, lo que reduce el desperdicio de material y mejora la eficiencia de los recursos. [ 6 ]
Los residuos de materiales compuestos al final de su vida útil se producen cuando las estructuras compuestas llegan al final de su ciclo de vida. Las fuentes comunes incluyen estructuras de aeronaves, palas de turbinas eólicas , estructuras marinas, artículos deportivos , automóviles y materiales de construcción. [ 5 ] Dependiendo del estado del material recuperado, estos materiales compuestos pueden reutilizarse directamente o procesarse mediante reciclaje mecánico, térmico o químico para recuperar fibras, matrices o materias primas para la fabricación de nuevos componentes. [ 1 ]
jerarquía de residuos
La gestión de residuos compuestos generalmente sigue la jerarquía de residuos, un marco que clasifica las estrategias de gestión de residuos según su preferencia ambiental. La jerarquía prioriza la prevención de residuos, seguida de la reutilización , el reciclaje, la recuperación de energía y la eliminación, con el objetivo de maximizar la eficiencia de los recursos y minimizar los impactos ambientales. [ 3 ] [ 7 ]
Prevención de residuos
La prevención de residuos representa la máxima prioridad dentro de la jerarquía de residuos. Se centra en reducir la generación de residuos compuestos mediante un mejor diseño de productos, procesos de fabricación optimizados, una utilización eficiente de los materiales y la prolongación de la vida útil de los productos mediante su reutilización. [ 3 ] [ 7 ]
Reutilizar
La reutilización es la siguiente opción preferida e implica emplear materiales compuestos o volver a fabricar recortes con un procesamiento mínimo, conservando gran parte de su valor material original. En la fabricación de materiales compuestos, los recortes de preimpregnados sin curar y los desechos de producción pueden reutilizarse directamente en nuevos componentes de ingeniería sin separar las fibras de refuerzo de la matriz polimérica. [ 4 ]
Reciclaje
Cuando la reutilización directa no es factible, se recurre al reciclaje para recuperar componentes valiosos de los residuos compuestos. Los métodos de reciclaje se clasifican generalmente en procesos mecánicos, térmicos y químicos, que recuperan fibras de refuerzo, matrices poliméricas o ambas para su uso en la fabricación de nuevos productos compuestos. [ 1 ]
Recuperación de energía
La recuperación de energía aprovecha el poder calorífico de las matrices poliméricas mediante un tratamiento térmico controlado cuando la recuperación del material resulta impracticable. Si bien este proceso recupera energía, no conserva el valor material de los componentes del compuesto. [ 5 ]
Desecho
La eliminación, principalmente mediante vertederos, se considera la opción menos preferida para la gestión de residuos, ya que elimina permanentemente materiales valiosos del ciclo de recursos y está asociada con crecientes preocupaciones ambientales y regulatorias. [ 3 ] En consecuencia, la investigación y la práctica industrial se han centrado cada vez más en niveles superiores de la jerarquía de residuos para respaldar los principios de la economía circular en la industria de los materiales compuestos. [ 2 ]
Métodos de fabricación
Los componentes compuestos reciclados se fabrican mediante procesos que dependen del tipo, estado y forma del material compuesto recuperado. Los métodos de fabricación generalmente incluyen la reutilización directa de los residuos de producción o el reprocesamiento de los materiales recuperados mediante técnicas de reciclaje mecánico, térmico o químico . El método seleccionado influye en la composición, las propiedades mecánicas y la aplicación prevista del componente final. [ 1 ] [ 2 ]
Reutilización de desechos de fabricación
Los desechos de fabricación, en particular los recortes de preimpregnado sin curar generados durante las operaciones de corte y recorte de capas, pueden reutilizarse directamente sin separar las fibras de refuerzo de la matriz polimérica. El material recuperado se suele cortar en piezas o hebras más pequeñas y se consolida mediante procesos convencionales de fabricación de compuestos, como el moldeo por compresión y el curado al vacío, para producir nuevos componentes de ingeniería. Este enfoque conserva tanto las fibras de refuerzo como el sistema de resina, al tiempo que reduce los residuos de fabricación y la demanda de materiales vírgenes. [ 4 ]
Reciclaje mecánico
El reciclaje mecánico reduce los residuos compuestos a partículas más pequeñas, escamas o materiales de fibra corta mediante operaciones de corte, trituración, molienda o molienda. Los materiales reciclados resultantes se procesan posteriormente en nuevos productos compuestos mediante métodos como el moldeo por compresión o el moldeo por inyección . Debido al acortamiento de las fibras y a los cambios en su orientación durante el procesamiento, los materiales reciclados mecánicamente se utilizan generalmente en aplicaciones no estructurales o semiestructurales. [ 1 ] [ 5 ]
Reciclaje térmico
El reciclaje térmico emplea temperaturas elevadas para descomponer la matriz polimérica y recuperar las fibras de refuerzo para su reutilización. Los métodos de reciclaje térmico más utilizados incluyen la pirólisis y el procesamiento en lecho fluidizado, que eliminan la resina conservando gran parte del refuerzo de fibra. Las fibras recuperadas pueden incorporarse posteriormente a nuevos materiales compuestos o compuestos de moldeo. [ 8 ]
Reciclaje químico
El reciclaje químico separa las fibras de refuerzo de la matriz polimérica mediante disolventes o productos químicos reactivos en condiciones de procesamiento controladas. La solvólisis es una de las técnicas de reciclaje químico más investigadas, ya que permite la recuperación de fibras con una degradación limitada de sus propiedades mecánicas . Las fibras recuperadas pueden reprocesarse posteriormente para obtener nuevos materiales compuestos para diversas aplicaciones de ingeniería. [ 9 ]
Aplicaciones
Los componentes compuestos reciclados se utilizan en una amplia gama de industrias donde la ligereza de los materiales, la eficiencia en el uso de los recursos y la sostenibilidad son importantes. Sus aplicaciones dependen del tipo de material recuperado, el proceso de fabricación y las propiedades mecánicas requeridas. [ 1 ] [ 2 ]
Aeroespacial
En la industria aeroespacial , los componentes compuestos reciclados se fabrican principalmente a partir de desechos de producción, incluidos recortes de preimpregnados sin curar y residuos de recorte. Estos materiales se reutilizan comúnmente para producir estructuras secundarias, herramientas, moldes y otros componentes de ingeniería no críticos, lo que reduce los residuos de fabricación y conserva gran parte del valor del material original. [ 4 ]
Automotor
La industria automotriz utiliza componentes compuestos reciclados en paneles interiores, soportes, protectores de bajos, carcasas de baterías y otras aplicaciones estructurales y semiestructurales ligeras. La creciente demanda de vehículos ligeros y la fabricación circular han impulsado la adopción de materiales compuestos reciclados en la producción de vehículos. [ 2 ] [ 10 ]
Construcción
En el sector de la construcción , los componentes compuestos reciclados se utilizan en paneles, sistemas de cubiertas, elementos de refuerzo y otros productos de construcción donde la resistencia a la corrosión, el bajo peso y la durabilidad son ventajosos. [ 3 ]
Marina
Las aplicaciones marinas incluyen cubiertas, estructuras interiores y componentes secundarios. En este campo de aplicación, la resistencia a la humedad y la corrosión hace que los materiales compuestos reciclados sean adecuados para un servicio a largo plazo. [ 3 ]
Otras aplicaciones
Los componentes compuestos reciclados también se utilizan en artículos deportivos , productos de consumo, energía eólica y equipos industriales. La investigación en curso ha ampliado su uso tanto en aplicaciones estructurales como no estructurales, al tiempo que apoya las iniciativas de economía circular y reduce la dependencia de materiales compuestos vírgenes. [ 1 ] [ 2 ]
Propiedades y rendimiento
Las propiedades mecánicas y el rendimiento de los componentes compuestos reciclados dependen de la fuente del material reciclado, el proceso de recuperación, el método de fabricación, la arquitectura de la fibra y la calidad de la interfaz fibra-matriz. [ 1 ] [ 2 ] Los componentes fabricados a partir de desechos de producción reutilizados directamente generalmente conservan más de la arquitectura del material original que los producidos a partir de fibras recicladas, lo que resulta en un mejor rendimiento mecánico. [ 4 ]
El proceso de recuperación también influye en las propiedades de los componentes compuestos reciclados. El reciclaje mecánico generalmente produce fibras más cortas y orientadas aleatoriamente, lo que puede reducir la resistencia y rigidez del componente final. Los métodos de reciclaje térmico y químico permiten recuperar fibras con una mayor retención de sus propiedades mecánicas originales, aunque la longitud de la fibra, el estado de la superficie y la matriz residual pueden afectar el rendimiento de los compuestos remanufacturados. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
La aplicación prevista de los componentes compuestos reciclados está determinada en gran medida por su rendimiento mecánico y su proceso de fabricación. Los componentes producidos a partir de desechos de fabricación recuperados se utilizan comúnmente en aplicaciones semiestructurales y no estructurales, mientras que las fibras recuperadas con alineación y procesamiento controlados también se han investigado para aplicaciones estructurales. [ 2 ] [ 4 ]
Las continuas mejoras en las tecnologías de reciclaje, los métodos de realineación de fibras y los procesos de fabricación han mejorado la calidad y la consistencia de los componentes compuestos reciclados, ampliando su uso potencial en aplicaciones de ingeniería. [ 1 ] [ 3 ]
Impacto ambiental
La fabricación de componentes compuestos reciclados puede reducir los impactos ambientales asociados con la producción de compuestos al extender la vida útil de los materiales compuestos y disminuir la demanda de materias primas vírgenes. [ 2 ] [ 3 ] La reutilización de los residuos de fabricación y de los materiales compuestos al final de su vida útil también reduce la cantidad de residuos enviados a vertederos o incineradoras, al tiempo que apoya la eficiencia de los recursos y los principios de la economía circular . [ 2 ] [ 3 ]
Los estudios de evaluación del ciclo de vida han demostrado que la fabricación de componentes a partir de materiales compuestos reciclados generalmente requiere menos energía y produce menores emisiones de gases de efecto invernadero que la fabricación de componentes equivalentes a partir de materiales compuestos vírgenes. [ 7 ] Los beneficios ambientales dependen de factores como el método de reciclaje, el transporte, la calidad del material recuperado y la aplicación prevista del componente reciclado. [ 2 ]
Si bien los componentes compuestos reciclados pueden reducir el impacto ambiental, su sostenibilidad general depende de sistemas eficientes de recolección, clasificación, procesamiento y fabricación. Se espera que las continuas mejoras en las tecnologías de reciclaje y los procesos de fabricación optimicen aún más el desempeño ambiental de los componentes compuestos reciclados y fomenten un uso más sostenible de los materiales compuestos. [ 1 ] [ 3 ]
Desafíos y limitaciones
A pesar del creciente uso de componentes compuestos reciclados, persisten varios desafíos técnicos y económicos. Las propiedades de los componentes reciclados pueden variar según la calidad del material recuperado, el método de reciclaje y el proceso de fabricación, lo que dificulta un control de calidad uniforme en comparación con los componentes fabricados con materiales vírgenes. [ 1 ] [ 2 ]
El reciclaje mecánico suele acortar las fibras de refuerzo y produce arquitecturas de fibras orientadas aleatoriamente, lo que puede reducir la resistencia y rigidez de los componentes resultantes. Los métodos de reciclaje térmico y químico permiten recuperar fibras de mayor calidad, pero generalmente requieren equipos especializados, un mayor consumo de energía o el uso de reactivos químicos, lo que puede aumentar los costos de procesamiento. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
La composición heterogénea de los residuos compuestos, junto con la presencia de diferentes tipos de fibras, matrices poliméricas y aditivos, también complica la recuperación y remanufactura del material. Además, la limitada disponibilidad de procesos de reciclaje estandarizados y métodos de evaluación de la calidad ha restringido la adopción generalizada de componentes compuestos reciclados en aplicaciones estructurales de alto rendimiento. [ 2 ] [ 3 ]
La investigación actual se centra en mejorar las tecnologías de reciclaje, los métodos de fabricación y la caracterización de materiales para aumentar la calidad, la consistencia y la viabilidad comercial de los componentes compuestos reciclados. [ 1 ] [ 3 ]
Normas y reglamentos
El desarrollo y uso de componentes compuestos reciclados están influenciados por las regulaciones ambientales, las políticas de gestión de residuos y las iniciativas de la industria que promueven la eficiencia de los recursos y la fabricación sostenible. [ 3 ] [ 7 ] Dentro de la Unión Europea, la Directiva Marco de Residuos (Directiva 2008/98/CE) establece la jerarquía de residuos como principio rector para la gestión de residuos, priorizando la prevención, la reutilización, el reciclaje, la recuperación y la eliminación de residuos. La directiva ha fomentado el desarrollo de tecnologías de reciclaje y procesos de fabricación capaces de recuperar componentes valiosos de los residuos compuestos, al tiempo que se reducen los impactos ambientales asociados con la eliminación en vertederos y la incineración. [ 7 ]
En el sector automovilístico, la Directiva sobre vehículos al final de su vida útil (Directiva 2000/53/CE) exige altos niveles de reutilización, reciclaje y recuperación de materiales, lo que anima a los fabricantes a mejorar las estrategias de gestión al final de la vida útil y a aumentar el uso de materiales reciclables en la producción de vehículos. [ 7 ]
Aunque no existe una norma internacional específica para componentes compuestos reciclados, su fabricación y ensayo generalmente siguen las normas existentes para materiales compuestos y los requisitos de ingeniería específicos de cada aplicación. La investigación en curso y las iniciativas industriales siguen apoyando el desarrollo de procesos de reciclaje estandarizados, métodos de evaluación de la calidad y procedimientos de certificación para facilitar una mayor adopción de componentes compuestos reciclados en aplicaciones de ingeniería. [ 1 ] [ 3 ]
Véase también
Referencias
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Butenegro, José Antonio; Bahrami, Mohsen; Abenojar, Juana; Martínez, Miguel Ángel (2021-10-25). "Avances recientes en el reciclaje de polímeros reforzados con fibra de carbono: una revisión de los métodos de reciclaje y la reutilización de fibras de carbono" . Materials . 14 (21): 6401. Bibcode : 2021Mate...14.6401B . doi : 10.3390/ ma14216401 . ISSN 1996-1944 . PMC 8585427. PMID 34771926 .
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