采用回收再利用的碳纤维制造假牙

作者:本刊编译 发布时间:2021-07-13
在医疗领域,回收再利用的碳纤维找到了很多用武之地,比如制造假牙。在此方面,瑞士Innovative Recycling公司积累了一些经验,该公司收集其他公司的碳纤维废料,用来工业化地生产多用途、非织物的回收再利用碳纤维。

复合材料因其固有的特性,被广泛地应用于对轻量化、坚固性和机械性能有着很高要求的诸多应用领域。除了应用最广泛的汽车或航空领域外,近些年,碳纤维增强复合材料还逐渐被用于医疗假体生产领域,是制造假肢、假牙和假骨骼最常用的材料之一。

相比传统材料,由碳纤维制成的假牙不仅更轻,且能有效吸收振动,生产时间还短。此外,针对这一特殊应用,由于这种复合材料采用的是短切的回收再利用碳纤维,因而更利于加工成型。

在将回收再利用的碳纤维用于假牙等方面,瑞士Innovative Recycling公司积累了一些经验。该公司致力于收集其他公司的碳纤维废料,然后再工业化地生产碳纤维产品。自2016年起,Innovative Recycling公司就在生产非织物的回收再利用碳纤维,并提供给许多应用行业,如医疗、汽车、建筑、能源、体育和造船等。

 “生产多用途、非织物的回收再利用碳纤维并不是我们首先提出来的,这要追溯到大约10年前。当时,那些使用原生碳纤维进行生产的公司,会在生产过程中产生干的碳纤维废料,利用这些废料,可以制成非织物的碳纤维。这种产品有很好的市场潜力,但缺乏大规模生产所需的废料量、资金和机械设备。” Innovative Recycling公司CEO Enrico Rocchinotti先生回忆说,“2015年,我与商业伙伴Luca Mattace Raso共同决定,为工业化地生产这种碳纤维进行投资。第二年,Innovative Recycling公司就投入了生产。”

投产后,Innovative Recycling公司实现了这种回收再利用碳纤维的商业化,但同时也意识到,如果这种回收再利用的碳纤维是半成品,则没有市场,因此必须更进一步,为市场提供成品。之后,该公司发现了一家从事牙科业务的意大利公司,他们在用碳纤维制作假牙方面处于领先地位。当时,这家意大利公司正在寻找一种材料,想将其制成81片圆盘,再经铣削后,做成极具创新的假牙。为此,Innovative Recycling公司用一种特别开发的生物树脂浸润其生产的碳纤维毡材,固化后再制成一块2cm厚、1m2大小的板材,这正是那家意大利客户想要的。

为了让板材具有高机械性能,Innovative Recycling公司不能使用传统的预浸式生产模式。事实上,这种非织物的回收再利用碳纤维预浸料,一旦放到生产线上展开并压制的话,它会被撕裂。

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采用康隆(Cannon)设备生产出的用于制作假牙的碳纤维圆盘产品

因此,该公司向康隆(Cannon)求助,一起开发出了一种替代的生产方案。他们先将非织物的碳纤维切成1m2大小的片材,然后在一个专门的工作站内,用液体淋浇(LLD)生物树脂(这种树脂是采用Jaime Ferrerof R*理念特别开发的)来浸润碳纤维片材,浸润叠放70片碳纤维片材,就做成了一块毡材,然后用一台750t的压机,热模压制成型。利用这项工艺做出的板材,经再加工后,即成为制作假牙所需的圆盘。

为什么回收再利用的碳纤维适合做假牙呢?Rocchinotti先生对此回应说:“碳纤维是一种非常轻而柔韧的材料,它的重量只有目前市场上在用假牙原材料如氧化锆、陶瓷和钛的1/8,其特性会给人一种拥有自己牙齿的感觉。因此,对于这项特殊的应用,回收再利用的碳纤维是一种绝佳的材料,因为它具有更好的生物亲和性,更大的抗疲劳强度和最大的柔韧性。”

据介绍,Innovative Recycling公司使用的碳纤维废料主要来自一些意大利公司,这些公司使用碳纤维进行生产,通常会产生25%的碳纤维废料。这些废料没有浸过树脂,是干的。获得这些废料后,Innovative Recycling公司会用一种冷机械加工的方式进行处理。他们将这些材料中的一部分磨碎,用于生产汽车刹车片,将另一部分切碎,再与砂浆或水泥胶粘融合,用于建筑行业。当然,最好是编织。

在对碳纤维废料进行回收再利用的每个阶段,Innovative Recycling公司都会与康隆(Cannon)密切合作。为解决与制造这一产品有关的问题,康隆(Cannon)实验室帮助他们做了很多测试并给予了很大的支持,同时,康隆(Cannon)的技术人员在整个生产工艺的开发和调整方面也发挥了至关重要的作用。最终,只用了短短6个月的时间,就成功地实现了这一复杂产品的工业化生产。这个时间非常短,因为一般平均会需要5、6年。

目前,Innovative Recycling公司的业务主要在医疗领域,该公司从康隆(Cannon)采购的设备也是为医疗应用而专门设计的。该公司还在研究将这种板材的厚度提高到至少4cm,以便用其生产人造关节——这又是一项极具挑战的项目。据介绍,这种材料还可用于制造军舰船舱的壁板、天花饰板、汽车刹车部件、飞机座椅的后部及外观件等。

Rocchinotti先生表示,该公司将与康隆(Cannon)继续合作,探索更多可用回收再利用的碳纤维替代金属的应用领域,目前他们关注的产品之一是腰带或鞋扣:一方面,碳纤维的带扣可以明显减轻最终产品的重量;另一方面,碳纤维的带扣是一个非金属件,可以让射线透过,这样,在机场安检时,可能再也不用脱掉鞋子和皮带了。

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