Циклическое производство автомобильных композитных материалов: повторное использование частиц лакокрасочного тумана для повышения экологичности

Разработана схема циркуляционного процесса производства окрашенных ремонтных деталей из композиционных материалов с использованием частиц лакокрасочного тумана, уловленных мультивихревым сепаратором. Исследована возможность повторного использования данных частиц для частичной замены наполнителя при производстве автомобильных изделий из композитов. Проведена оценка механических, химических и адгезионных свойств полученных композитов в целях проверки их соответствия отраслевым стандартам. Для характеристики уловленных частиц применялись дисперсионный анализ, рентгенофлуоресцентная спектроскопия и элементный анализ. Изготовлены образцы композитов с содержанием регенерированных частиц от 0 до 20 мас. % и проведены их испытания на растяжение, изгиб и адгезию. Установлено, что уловленные частицы (размером 2,8... 1445 мкм) в основном содержат диоксид кремния (SiO₂), диоксид свинца (PbO₂) и диоксид титана (TiO₂), известные своей способностью улучшать свойства композитов. При введении 20 мас. % частиц предел прочности при растяжении увеличился на 13,3 %, в то время как прочность при изгибе снизилась на 18 %. Показатели адгезии оставались в пределах значений для контрольного образца, что подтверждает практическую применимость технологии. Результаты исследования показали, что повторное использование лакокрасочного тумана соответствует принципам циркулярной экономики, позволяя реализовать разработанную схему, сократить объем отходов без ущерба для механических характеристик композитного материала.

1. Kabir S, Shahed CA, Ador MdSH, Choudhury IA, et al. Review of the developments in composite materials over the last 15 years. In: Comprehensive Materials Processing. Elsevier; 2024. p. 335-349. DOI:10.1016/B978-0-323-96020-5.00044-3

2. Jensin Joshua JJ, Venkatanarayanan PS, Singh D. A literature review on composite materials filled with and without nanoparticles subjected to high/low velocity impact loads. Materials Today: Proceedings. 2020; 33(7):4635-4641. DOI:10.1016/j.matpr.2020.08.294

3. Romano F, Sorrentino A, Pellone L, Mercurio U, et al. New design paradigms and approaches for aircraft composite structures. Multiscale and Multidisciplinary Modeling, Experiments and Design. 2019;2(2):75-87. DOI:10.1007/s41939-018-0034-8

4. Mangino E, Carruthers J, Pitarresi G. The future use of structural composite materials in the automotive industry. International Journal of Vehicle Design. 2007;44(3/4):211. DOI:10.1504/IJVD.2007.013640

5. Khan F, Hossain N, Mim JJ, Rahman SM, et al. Advances of composite materials in automobile applications - a review. Journal of Engineering Research. 2025;13(2):1001-1023. DOI:10.1016/j.jer.2024.02.017

6. Wazeer A, Das A, Abeykoon C, Sinha A, et al. Composites for electric vehicles and automotive sector: a review. Green Energy and Intelligent Transportation. 2023;2(1):100043. DOI:10.1016/j.geits.2022.100043

7. Friedrich K, Almajid AA. Manufacturing aspects of advanced polymer composites for automotive applications. Applied Composite Materials. 2013;20(2): 107-128. DOI:10.1007/s10443-012-9258-7

8. Pradeep SA, Iyer RK, Kazan H, Pilla S. Automotive applications of plastics: past, present, and future. In: Applied Plastics Engineering Handbook. Elsevier; 2017. p. 651-673. DOI:10.1016/B978-0-323-39040-8.00031-6

9. Kishorre Annanth V, Harish R, Bhaskara Rao L, Saharsh J. Study on alternative composites materials for automobile windshields. Materials Today: Proceedings. 2022;66:1973-1982. DOI:10.1016/j.matpr.2022.05.435

10. Sateesh N, Subbiah R, Nookaraju BC, Siva Nagaraju D. Achieving safety and weight reduction in automobiles with the application of composite material. Materials Today: Proceedings. 2022;62:4469-4472. DOI:10.1016/j.matpr.2022.04.936

11. Al-Qureshi HA. Automobile leaf springs from composite materials. Journal of Materials Processing Technology. 2001;118(1-3):58-61. DOI:10.1016/S0924-0136(01)00863-9

12. Barton DC. Composite materials for automotive braking systems. In: Elmarakbi A, editor. Advanced Composite Materials for Automotive Applications. 1st edn. Wiley; 2013. p. 389-403. DOI:10.1002/9781118535288.ch16

13. Singh T, Da Silva Gehlen G, Ferreira NF, Yesukai De Barros L, et al. Automotive brake friction composite materials using natural Grewia Optiva fibers. Journal of Materials Research and Technology. 2023;26:6966-6983. DOI:10.1016/j.jmrt.2023.09.072

14. Rajak DK, Pagar DD, Behera A, Menezes PL. Role of composite materials in automotive sector: potential applications. In: Kumar V, Agarwal AK, Jena A, Upadhyay RK, eds. Advances in Engine Tribology. Singapore: Springer Singapore; 2022. p. 193-217. (Energy, Environment, and Sustainability). DOI:10.1007/978-981-16-8337-4_10

15. Bambach MR. Fibre composite strengthening of thin steel passenger vehicle roof structures. Thin-Walled Structures. 2014;74:1-11. DOI:10.1016/j.tws.2013.09.018

16. Kumar AP. Comparative study of automotive bumper with different materials for passenger and pedestrian safety. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering. 2014;11(4):60-64. DOI:10.9790/1684-11436064

17. Fuchs E, Field F, Roth R, Kirchain R. Strategic materials selection in the automobile body: economic opportunities for polymer composite design. Composites Science and Technology. 2008;68(9):1989-2002. DOI:10.1016/j.compscitech.2008.01.015

18. Krishnamraju M, Reddy PV, Appalanaidu B, Markendeya R. Mechanical behavior and forming characteristics of tailor-welded blanks of structural materials: a review. Multiscale and Multidisciplinary Modeling, Experiments and Design. 2024;7(4):3133-3151. DOI:10.1007/s41939-024-00422-6

19. Fantuzzi N, Bacciocchi M, Benedetti D, Agnelli J. The use of sustainable composites for the manufacturing of electric cars. Composites Part C: Open Access. 2021;4: 100096. DOI:10.1016/j.jcomc.2020.100096

20. Kumar L, Saha A, Khushbu, Warkar SG. Biodegradability of automotive plastics and composites. In: Biodegradability of Conventional Plastics. Elsevier; 2023. p. 221-242. DOI:10.1016/B978-0-323-89858-4.00007-5

21. Yorseng K, Mavinkere Rangappa S, Parameswaranpillai J, Siengchin S. Towards green composites: bioepoxy composites reinforced with bamboo/basalt/carbon fabrics. Journal of Cleaner Production. 2022;363:132314. DOI:10.1016/j.jclepro.2022.132314

22. Zhang W, Xu J. Advanced lightweight materials for automobiles: a review. Materials & Design. 2022;221:110994. DOI:10.1016/j.matdes.2022.110994

23. Domnichenko R, Karmanova O, Tikhomirov S. The influence of filler type on performance properties of thin-layer polymer composites. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2024;9(1):37-43. DOI:10.17277/jamt.2024.01.pp.037-043

24. Kumar HGP, Xavior MA. Composite materials production for automobile applications. In: Encyclopedia of Materials: Composites. Elsevier; 2021. p. 640-651. DOI:10.1016/B978-0-12-803581-8.11894-6

25. Rahman MM, Rayhan SB, Sultana J, Rahman MZ. Additive manufacturing techniques, their challenges, and additively manufactured composites for advanced engineering applications. In: Comprehensive Materials Processing. Elsevier; 2024. p. 329-351. DOI:10.1016/B978-0-323-96020-5.00118-7

26. Balogun OA, Daramola OO, Adediran AA, Akinwande AA, et al. Investigation of Jute/Tetracarpidium conophorum reinforced polypropylene composites for automobile application: mechanical, wear and flow properties. Alexandria Engineering Journal. 2023;65:327-341. DOI:10.1016/j.aej.2022.10.026

27. Qiao X, Zhang Y, Yang W, Liu J, et al. Carbon fibre-reinforced polydicyclopentadiene composites for automobile applications. Materials Letters. 2023;337: 133848. DOI:10.1016/j.matlet.2023.133848

28. Kim D, Lim J, Jung D, Oh W, et al. Thermal and mechanical properties of polymeric materials for automotive applications using molecular dynamics simulation. Materials Today Communications. 2023;36: 106529. DOI:10.1016/j.mtcomm.2023.106529

29. Zinurov VE, Bikkulov RYa, Dmitriev AV, Dmitrieva OS. Calculation of efficiency of catching fine particles by a separation device with square channels. Chemical and Petroleum Engineering. 2022;58(7-8):550-556. DOI:10.1007/s10556-023-01128-1

30. Bikkulov RYa, Dmitriev AV, Zinurov VE, Badretdinova GR. Separation of fine particles from gas in paint-spraying booths. MATEC Web of Conferences. 2021;346:03070. DOI:10.1051/matecconf/202134603070

31. Dmitriev AV, Bikkulov RYa, Kharkov VV, Dmitrieva OS. Analysis of multivortex separator operation in spray booth. In: 2022 4th International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE). Moscow, Russian Federation: IEEE; 2022. p. 1-4. DOI:10.1109/REEPE53907.2022.9731412

32. Al-Khalidi M, Blokhin A. The effect of silica-modified carbon nanotubes additive to alkyd enamel coating on adhesion, corrosion resistance and bonding of reinforcement with cement. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2025;10(1):32-39. DOI:10.17277/jamt-2025-10-01-032-039