預測呈兩位數增長的碳纖維(CF)市場正走向光明的未來。大部分碳纖維用于碳纖維增強塑料組件 (CFRP)中。 特別在汽車領域，碳纖維增強塑料被認為是增長的動力。其中的實例之一是寶馬i3的，碳纖維增強塑料被應用于2015年售出的24000輛車型中。

但是，今天要用CFRP（或其它纖維如玻纖）取代所有的金屬部件是不現實的。對此需承擔共同責任的是金屬加工，尤其是深拉部件經驗的進一步豐富。這些深拉部件之所以得以成形是由于金屬的流動性。比如，可以通過深拉工藝，在金屬部件上產生局部的變薄，從而形成瓦楞狀。

有局限的復雜有機板材

從工藝發展的角度看，流動性將金屬板材與CFRP半成品這種所謂的有機板材清晰地區分開來。由于增強碳纖維難以流動，懸垂性能這一用以描述兩維材料適應三維形狀的能力，即便有，也會很低。本文主要側重于探討InTeKS(用短碳纖創新型紡織品結構；開發一種創新性可塑性變形的有機板材)，并揭示了一種具有出色懸垂性的熱塑性塑料半成品的理念。這一項目將推動熱塑性CFRP的大規模應用。

CFRP應用的日益廣泛也帶來了其它挑戰：其中之一就是，隨著CFRP應用的增加，廢棄物也會增多。現在這些廢棄物主要來自于CFRP部件的，但未來還會有使用壽命終了（EOL）的廢棄物。研究表明，2020年，CFRP廢棄物會達到21000噸，其中13800噸為廢棄物，7200噸為EOL廢棄物。這樣，InTeKS項目的另一個目標就是將回收的碳纖維作為新的具有高懸垂性有機板材的原材料。這兩個大的目標可以形成理想的互補。

當前的障礙

當采用傳統的有機板材時，對部件復雜性的限制可以被視為這些半成品的劣勢。其中的一個原因是懸垂性的獲得，它會直接影響單粗紗的粘結類型，尤其與織物的粘結性。粗紗交織次數越多，剪切角越小，懸垂性也越差。平紋織物的交織點*多，因此波紋**。經緞織物每隔三四根粗紗才有一交織點，降低了波紋，**限度提高了剪切角和懸垂性。但不管是什么織物類型，實際情況是，碳纖維不發生塑性變形，斷裂伸長率遠低于2%。具體取決于碳纖維類型。

圖1：回收碳纖維是新型高懸垂有機板材的原材料（? ITV）。

回收碳纖維（rC纖維）只存在有限的和隨機取向形式（圖1）。rC纖維進一步加工成半成品的**工藝沒有改變這一形式，制成了纖維取向不明確的氈和無紡布。基于這一形勢，rC纖維只能用于半結構件。但是，在大多情況下，這標志著“下降性循環”，也即材料原有的大部分功能都會喪失。向結構部件方面發展的“**的”回收只能通過實際有機板材中那樣，長度無限排列整齊的碳纖維才能實現。

用回收碳纖維短纖紗

InTeKS項目的目標是在使用回收碳纖維的同時，改善有機板材的懸垂性。實現這一目標的戰略是用rC短纖進一步成rC短纖紗來CFRP（圖2）。InTeKS材料獨特的特性是回收rC短纖紗的結構。rC和單纖PA6纖維主要因摩擦力的作用形成紗線。這種結構使得單根碳纖可以在熱成型時滑移，其表現就像在深拉工藝中，金屬的塑性流動一樣，從而確保獲得可與傳統無皺褶織物相媲美的懸垂性，提高了可以獲得形狀復雜、輕量化的部件的可能性。

圖2：中間站：通過表面披覆紗線，rC短纖紗獲得了特殊結構，使得單纖維在熱成型過程中可以滑移（? ITV）。

負責的團體由來自整個流程鏈的代表組成，從回收碳纖維的處理，到紗線和面料的，再到有機板材以的，以及將它們熱成型加工成展示部件（圖3）。材料和工藝的開發與用以模擬基于rC纖維的CFRP懸垂性的模型的開發一起進行。

圖3：InTeKS項目（用短碳纖創新型紡織品結構）合作伙伴及時間表：（來源：IVW）

圖4：工藝：開松rC纖維，按纖維束方向排列整齊（來源：ITV)

這**程鏈從德國格羅瑙的Altex Textil-Recycling GmbH & Co. KG（Altex紡織品回收有限公司）將rC纖維從廢棄的紗管上取出開始。由剪切設備（商：位于比利時Corbion 的Pierret Industries公司）按照規定的約80mm的長度剪切纖維。然后處理過的rC纖維由德國鄧肯多夫的Textile Tech- nology and Process Engineering（紡織技術及加工工程研究院）(ITV)加工（圖4）。首先，在用德國柏林的Memmingen Textil Engineering公司（原名Maschinenfabrik Memmingen）對纖維進行梳理之前，用法國Cours la Ville 的Laroche公司的設備開松rC粗紗（此處纖維被相互分離成單獨的一根根纖維），然后加工成纖維條（圖5）。此后，rC纖維條用ITV公司自己開發的設備（圖6）紡成rC短纖紗，**卷繞在紗筒上。這些筒子被發運到項目的另一個合作伙伴、Gustav Gerster旗下的Gerster TechTex公司，由其將rC短纖紗成無皺褶織物。

圖5：喂入rC短纖束供紗線用（ITV）

圖6：用自己（ITV 登肯多夫）開發的“Spinntester” 紗線

rC短纖紗制成的粗紗

Gerster TechTex是一家有經驗的高懸垂性粗紗的企業，如，他們有一只產品叫“Drapfix”。他們的任務是將rC短纖紗制成粗紗。**批試驗顯示，可行的辦法是對紗線施加大的徑向應力（圖8）。這樣，就掌握了無褶皺面料工藝的關鍵一步。

圖7：rC短纖紗管：2D紡織品用（? ITV）

成品無褶皺面料被送到德國凱澤斯勞滕復合材料研究院（IVW）。在那里，和項目合作伙伴德國布里隆的Bond-Laminates公司一起合作，將這些面料壓制成有機板材。接下來，會對有機板材進行**的表征，尤其是，會采用由IVW與德國棟茨多夫的Kunststoff Wagner工具公司合作開發的各種特別測試工具考察其懸垂特性。這一過程中重要的一個方面是，rC 短纖紗塑性伸長率的測試。在項目臨近結束時，有一種帶有各種苛刻要求的特性如半徑約為1mm，拉伸角1°，邊緣等非常具有挑戰性的工具，來展示材料出色懸垂特性。

圖8：左：rC短纖紗用作緯紗，面臨著旋轉90°的挑戰。右：窄幅面料（? Gerster TechTex）

用仿真模型來進行新型有機板材的開發，它可以預測材料在熱成型過程中的懸垂過程。這種模型由IVW與位于德國斯圖加特的Dynamore Gesellschaft für FEM-Inge-nieurdienstleistungen mbH合作開發。該模型將檢驗典型的畸變，如粗紗擴散、纖維取向度（剪切）改變、折疊區域以及材料變薄等。

rC纖維制成的結構性部件

盡管InTeKS項目還在**年，但已經完成了**個里程碑。連續的、排列整齊的rC短纖紗的成功是回收碳纖維結構性部件的重要一步。對這種紗線進行表征，以及確定它們的機械性能將是接下來的重要突破。

除了能夠提高部件復雜度，還可通過利用回收碳纖維來降低材料成本。這使得汽車行業對InTeKS材料產生了興趣，因為在碳回收領域新的可能性有助于歐盟實施自2015年1月1日生效的關于舊機動車EOL廢棄物回收的法律。因為這些舊汽車EOL廢棄物將達到車輛重量的95%。

從這些車輛中回收用過的CFRP，同時又不降低它們的機械性能的潛在可能，使得CFRP的應用更具吸引力。但項目**的目標，即通過使材料變得具有塑性伸長特性，從而改善有機板材的懸垂性，將為在這一領域進一步的研究提供動力。