采用回收再利用的碳纖維制造假牙

文/本刊編譯（原文來自Cannon）

在醫(yī)療領(lǐng)域，回收再利用的碳纖維找到了很多用武之地，比如制造假牙。在此方面，瑞士Innovative Recycling公司積累了一些經(jīng)驗(yàn)，該公司收集其他公司的碳纖維廢料，用來工業(yè)化地生產(chǎn)多用途、非織物的回收再利用碳纖維。

復(fù)合材料因其固有的特性，被廣泛地應(yīng)用于對(duì)輕量化、堅(jiān)固性和機(jī)械性能有著很高要求的諸多應(yīng)用領(lǐng)域。除了應(yīng)用最廣泛的汽車或航空領(lǐng)域外，近些年，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料還逐漸被用于醫(yī)療假體生產(chǎn)領(lǐng)域，是制造假肢、假牙和假骨骼最常用的材料之一。

相比傳統(tǒng)材料，由碳纖維制成的假牙不僅更輕，且能有效吸收振動(dòng)，生產(chǎn)時(shí)間還短。此外，針對(duì)這一特殊應(yīng)用，由于這種復(fù)合材料采用的是短切的回收再利用碳纖維，因而更利于加工成型。

在將回收再利用的碳纖維用于假牙等方面，瑞士Innovative Recycling公司積累了一些經(jīng)驗(yàn)。該公司致力于收集其他公司的碳纖維廢料，然后再工業(yè)化地生產(chǎn)碳纖維產(chǎn)品。自2016年起，Innovative Recycling公司就在生產(chǎn)非織物的回收再利用碳纖維，并提供給許多應(yīng)用行業(yè)，如醫(yī)療、汽車、建筑、能源、體育和造船等。

在醫(yī)療領(lǐng)域，回收再利用的碳纖維找到了很多用武之地，比如制造假牙

“生產(chǎn)多用途、非織物的回收再利用碳纖維并不是我們首先提出來的，這要追溯到大約10年前。當(dāng)時(shí)，那些使用原生碳纖維進(jìn)行生產(chǎn)的公司，會(huì)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生干的碳纖維廢料，利用這些廢料，可以制成非織物的碳纖維。這種產(chǎn)品有很好的市場(chǎng)潛力，但缺乏大規(guī)模生產(chǎn)所需的廢料量、資金和機(jī)械設(shè)備?！?Innovative Recycling公司CEO Enrico Rocchinotti先生回憶說，“2015年，我與商業(yè)伙伴Luca Mattace Raso共同決定，為工業(yè)化地生產(chǎn)這種碳纖維進(jìn)行投資。第二年，Innovative Recycling公司就投入了生產(chǎn)?！?/p>

投產(chǎn)后，Innovative Recycling公司實(shí)現(xiàn)了這種回收再利用碳纖維的商業(yè)化，但同時(shí)也意識(shí)到，如果這種回收再利用的碳纖維是半成品，則沒有市場(chǎng)，因此必須更進(jìn)一步，為市場(chǎng)提供成品。之后，該公司發(fā)現(xiàn)了一家從事牙科業(yè)務(wù)的意大利公司，他們?cè)谟锰祭w維制作假牙方面處于領(lǐng)先地位。當(dāng)時(shí)，這家意大利公司正在尋找一種材料，想將其制成81片圓盤，再經(jīng)銑削后，做成極具創(chuàng)新的假牙。為此，Innovative Recycling公司用一種特別開發(fā)的生物樹脂浸潤其生產(chǎn)的碳纖維氈材，固化后再制成一塊2 cm厚、1 m2大小的板材，這正是那家意大利客戶想要的。

為了讓板材具有高機(jī)械性能，Innovative Recycling公司不能使用傳統(tǒng)的預(yù)浸式生產(chǎn)模式。事實(shí)上，這種非織物的回收再利用碳纖維預(yù)浸料，一旦放到生產(chǎn)線上展開并壓制的話，它會(huì)被撕裂。

因此，該公司向康隆（Cannon）求助，一起開發(fā)出了一種替代的生產(chǎn)方案。他們先將非織物的碳纖維切成1 m2大小的片材，然后在一個(gè)專門的工作站內(nèi)，用液體淋澆（LLD）生物樹脂（這種樹脂是采用Jaime Ferrerof R*理念特別開發(fā)的）來浸潤碳纖維片材，浸潤疊放70片碳纖維片材，就做成了一塊氈材，然后用一臺(tái)750 t的壓機(jī)，熱模壓制成型。利用這項(xiàng)工藝做出的板材，經(jīng)再加工后，即成為制作假牙所需的圓盤。

為什么回收再利用的碳纖維適合做假牙呢？Rocchinotti先生對(duì)此回應(yīng)說：“碳纖維是一種非常輕而柔韌的材料，它的重量只有目前市場(chǎng)上在用假牙原材料如氧化鋯、陶瓷和鈦的1/8，其特性會(huì)給人一種擁有自己牙齒的感覺。因此，對(duì)于這項(xiàng)特殊的應(yīng)用，回收再利用的碳纖維是一種絕佳的材料，因?yàn)樗哂懈玫纳镉H和性，更大的抗疲勞強(qiáng)度和最大的柔韌性?！?/p>

據(jù)介紹，Innovative Recycling公司使用的碳纖維廢料主要來自一些意大利公司，這些公司使用碳纖維進(jìn)行生產(chǎn)，通常會(huì)產(chǎn)生25%的碳纖維廢料。這些廢料沒有浸過樹脂，是干的。獲得這些廢料后，Innovative Recycling公司會(huì)用一種冷機(jī)械加工的方式進(jìn)行處理。他們將這些材料中的一部分磨碎，用于生產(chǎn)汽車剎車片，將另一部分切碎，再與砂漿或水泥膠粘融合，用于建筑行業(yè)。當(dāng)然，最好是編織。

采用康?。–annon）設(shè)備生產(chǎn)出的用于制作假牙的碳纖維圓盤產(chǎn)品

在對(duì)碳纖維廢料進(jìn)行回收再利用的每個(gè)階段，Innovative Recycling公司都會(huì)與康?。–annon）密切合作。為解決與制造這一產(chǎn)品有關(guān)的問題，康?。–annon）實(shí)驗(yàn)室?guī)椭麄冏隽撕芏鄿y(cè)試并給予了很大的支持，同時(shí)，康?。–annon）的技術(shù)人員在整個(gè)生產(chǎn)工藝的開發(fā)和調(diào)整方面也發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。最終，只用了短短6個(gè)月的時(shí)間，就成功地實(shí)現(xiàn)了這一復(fù)雜產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)。這個(gè)時(shí)間非常短，因?yàn)橐话闫骄鶗?huì)需要5、6年。

目前，Innovative Recycling公司的業(yè)務(wù)主要在醫(yī)療領(lǐng)域，該公司從康隆（Cannon）采購的設(shè)備也是為醫(yī)療應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)的。該公司還在研究將這種板材的厚度提高到至少4 cm，以便用其生產(chǎn)人造關(guān)節(jié)——這又是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)的項(xiàng)目。據(jù)介紹，這種材料還可用于制造軍艦船艙的壁板、天花飾板、汽車剎車部件、飛機(jī)座椅的后部及外觀件等。

Rocchinotti先生表示，該公司將與康隆（Cannon）繼續(xù)合作，探索更多可用回收再利用的碳纖維替代金屬的應(yīng)用領(lǐng)域，目前他們關(guān)注的產(chǎn)品之一是腰帶或鞋扣：一方面，碳纖維的帶扣可以明顯減輕最終產(chǎn)品的重量；另一方面，碳纖維的帶扣是一個(gè)非金屬件，可以讓射線透過，這樣，在機(jī)場(chǎng)安檢時(shí)，可能再也不用脫掉鞋子和皮帶了。