在戰場上最常見的廢棄物之一便是水瓶和包裝袋等PET塑料, 美國和聯軍部隊會生產大量這種廢棄物. 近日, 美國陸軍研究實驗室和美國海軍陸戰隊之間的合作研究表明, 用過的塑料水壺對軍隊來說可能有很大用處.
美國陸軍研究實驗室和美國海軍陸戰隊合作研究使用廢棄塑料(例如水瓶, 牛奶壺和優酪乳瓶)來製備士兵在戰場上可能需要的3D列印部件. 圖示為美國陸軍研究實驗室的Nicole Zander博士向美國海軍陸戰隊上尉Anthony Molnary演示製備過程(圖源: 美國陸軍/ Jhi Scott)
美國陸軍研究實驗室(ARL)的研究員Nicole Zander和美國海軍陸戰隊上尉Anthony Molnar負責領導這項研究. 到目前為止, 研究者們已經能用100%的從塑料瓶子或塑料容器中回收的廢棄塑料製造3D列印的長絲, 而不需要任何化學改性或添加劑.
Zander表示, 儘管PET塑料在許多應用中被廣泛使用, 但由於其熔融溫度高, 吸水性和結晶性問題而不能廣泛用作熔融絲製造(FFF)的原材料, 因為這會使製備過程變得困難. '就機械性能而言, 熔融絲製造中使用的大多數聚合物的總體強度在30至100 MPa之間, 而再生PET的平均強度為70 MPa, 因此再生PET可能是合適的3D列印原料, ' Zander解釋說.
研究者們在實驗室中對用回收PET塑料製備的3D列印細絲進行了單向拉伸試驗和三點彎曲試驗. 通過這些實驗我們發現, 這些PET3D列印細絲竟然和已經商業化的細絲具有同樣的強度. 此外, 研究者們還製作了一個定製的測試裝置來測試一個以回收PET為原料製作的3D列印的無線電支架(一個長期的軍事項目). 在相同的負載下, 用回收PET塑料製成的無線電支架與用商業ABS細絲製成的支架的能力表現相當. 因此, 回收PET製備的3D列印細絲有望在製備各種塑料部件時, 代替商業絲材.
Thermo Fisher公司(陸軍用於生產燈絲的設備製造商)的業務開發經理Steve Post表示, 這是一份關於可持續發展的有力聲明. 他說: '軍隊在這個申請上確實考慮到了這個問題, 因為它把一個麻煩的廢物變成了寶貴的資源. '
除了機械測試外, 研究者們還對再生塑料進行了化學分析, 熱穩定性測試和許多其他測試. '即使對於相同的聚合物類型, 再生聚合物也會具有各種不同的添加劑, 填料和染料, 並且可能經曆了不同的加工條件, ' Zander說.
為了更好地了解不同的再生塑料原料以及這些材料的最佳性能, 研究者們還對其進行了化學分析, 熱學分析和機械性能分析.
研究人員表示, 這項工作的出發點是通過使軍隊在部署時進行維修並減少對後勤供應鏈的依賴性, 來提高作戰人員的作戰能力和戰備能力. 目前, Zander和Molnar正在建造一個可移動回收設施, 以便士兵能夠將廢棄塑料轉換成3D列印原料.