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复合材料/胶粘剂 |
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夹层结构的生命周期评估 |
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作者：3A Composites Core Materials 来源：Ringer |
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针对特定产品或服务对环境所造成的影响进行调查和评估，这一行为在复合材料行业正逐步得到重视。为满足这一需求，AIREX ®和BALTEK®芯材的生产商3A Composites Core Materials开发了Hybrid Core Calculator，用于不同夹层结构生命周期的评估。该公司的Patricia Strehlke对此进行了解释。
如何使夹层结构满足不同的需求，例如优化的机械和物理性能或价格，是决策者们所要处理的主要事务之一，现在，他们面临着另一个问题：环境。诸如“一种产品在使用寿命结束时会有怎么样的生态影响？”或者“如何降低这种生态影响？”这类问题是本文所讨论话题的本质所在。
解决这些问题的途径是生命周期分析或者生命周期评估。按照ISO 14040标准（环境管理——生命周期评估——原则和框架）的定义：“生命周期评估就是针对产品系统在使用期内的使用情况以及对环境所造成的潜在影响进行汇总和评估。”
图1：参照DINISO 14040的生命周期评估概览
生命周期评估的框架包括四个步骤（图1）：
◆目标和范围的定义(§4.2 ISO 14044) ；
◆清单分析(§4.3 ISO 14044) ；
◆影响评估(§4.4 ISO 14044) ；
◆解释(§4.5 ISO 14044)。
在确定生命周期评估研究的目标和范围之后，即可开始数据收集和存货清单的描述——生命周期清单分析(LCI)。下一步是生命周期影响评估，确定并评估产品或系统对环境可能造成的影响的数量和严重性。为此，将LCI的结果根据它们的不同影响和测定单位（例如以二氧化碳当量计算的全球变暖的潜力）划分为几个类别。
在清单分析结果和影响评估的的基础上，最后进行这项研究的分析和解释。这是进一步讨论或进行系统优化的基础。
混合芯材计算器
混合芯材计算器（Hybrid Core Calculator）是一个非常有利的工具，可以在ISO 14040的基础上对生命周期进行简化评估。最常用的夹层结构蒙皮和芯材的生命周期数据已被收集起来用于计算夹层结构的环境足迹。如图2所示，产品生命周期每个阶段计算和测定出来的环境影响包括：
◆初级能耗(MJ) ；
◆温室效应的潜在可能（CO2当量） ；
◆水的消耗（升）； 
图2：产品生命周期阶段的不同的典型环境影响
该项计算的起点总是按照客户要求定制的夹层架构的设计参数（长度、宽度和铺层）以及将要施加在结构上的载荷。此外，结构的未来应用和处理也是重要的计算因素。与全面的材料性能数据库结合，LCI数据适用于所有的用于制造夹层结构的材料。3A Composites公司进行了一个详细的分析，经过了商业数据库中公共数据的增补，这些数据适用于夹层芯材原材料（包括非3A Composites公司所生产的材料）的生产。公共数据也可用于寿命终结阶段的分析和评估。
然后混合芯材计算器可以确定指定结构的环境影响值，以及该夹层结构所选用材料的价格和物理性能等。从而，夹层结构可以得到最大程度的优化。计算器的目的不是确定环境影响的绝对值，而是为了比较不同的设计概念。图3是混合芯材计算器的示意图。
图3：混合芯材计算器示意图
优化的实例
接下来展示的是一个双层公共汽车上层地板（图4）的优化实例。它说明了一个夹层结构的环境足迹是如何通过3A Composites公司的混合芯材计算器得以改进的。
图4：Scania双层城市公共汽车
实例：双层公共汽车上部地板结构的优化。
案例概要：
◆ 双层城市公共汽车；
◆ 使用里程：800000公里；
◆ 燃油消耗：40升/100公里；
◆ 寿命终期回收；
◆ 总车重量：15吨；
◆ 钢质上部地板：560公斤；
◆ 相应的夹层结构底边重约360公斤。
上部地板结构的尺寸：
◆ 长11.2米；
◆ 宽2.4米。
图5显示了几种设计的潜在温室效应，本图表中未列出初级能耗、水的消耗等。最重要的环境影响是在使用阶段，汽车的重量对此影响非常大。
图5：该图显示了汽车上层地板的几种不同的替代结构在其生命周期过程中的潜在温室效应
与钢质地板相比，夹层架构可以将地板重量降低大约30%。该图也显示出在“使用阶段密集的”应用中，减轻的重量可以将汽车地板生命周期内的生态影响降低30%之多。因此，复合材料夹层结构不仅重量更轻，而且更具可持续性。
这项研究的另一个结论是，芯材类型的改变会影响夹层结构的环境影响数值。在这个案例中，AIREX ® C70.75是总“碳足迹”最低的替代材料，因为其重量是最轻的。但是，本案例中，重量和环境影响的减轻是由于采用轻量的夹层结构取代了钢质结构。
生命周期评估的关键着眼点：
◆ 生命周期评估总是包括从生产到产品寿命结束的整个生命阶段。
◆ 每种应用必须在其特定的环境中进行分析，特别是使用阶段和寿命结束时期。
◆ 如果使用阶段能耗较高，生产、运输和生命终端的生态影响可能是无足轻重的。在这种应用中，轻量和能效是关键的驱动力。
◆ 侧重点的不同（能效、CO2当量、水的用量、生命周期终端等）。
◆ 每公斤产品：
◆ 使用原材料；
◆ 需要运输；
◆ 产品使用阶段可能消耗能量（公共汽车）；
◆ 需要焚烧/掩埋/回收。
◆ 可能降低的每公斤重量都可以改善产品的生态足迹。
图6 ：3A Composites公司的混合芯材概念
可持续的产品设计
混合芯材计算器可以根据客户的特定设计需求，为其选择最可持续发展的材料组合，以产生附加值。因此，可持续性是3A Composites公司混合芯材概念的第三个优化因素，其他两个分别是物理性能（重量、硬度、强度）和价格（见图6）。也就是说，客户可以根据他们特定的需求定制其夹层结构解决方案，从而获得可持续的产品设计，同时还拥有优异的技术特性和最优化的成本。
更多信息
3A Composites Core Materials公司前身为Alcan Composites Core Materials，是一家全球性的集团，在欧洲、北美、厄瓜多尔和中国都设有运营机构，是Schweiter技术公司复合材料部门的一部分。混合芯材计算器（Hybrid Core Calculator）目前是3A公司提供给客户的一项附加服务。
tel: +41-41-789-6600;
e-mail: corematerials@3AComposites.com;
website: www.corematerials.3AComposites.com (end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(11/15/2010) |
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