碳纖維回收新篇章：100%碳纖維回收技術(shù)如何實現(xiàn)？

所謂碳纖維復合材料廢棄物的回收再生或再利用主要是針對碳纖維增強塑料（CFRP）而言，因為根據(jù)調(diào)查它已占碳纖維市場的90%以上，隨著CFRP在航空航天、大型風電葉片、土木建筑、汽車等領(lǐng)域應用的迅速擴大，其廢棄物的回收再利用技術(shù)的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化已迫在眉睫。其中碳纖維增強熱塑性樹脂（CFRTP）可通過制成切片再利用，而碳纖維增強熱固性樹脂的回收是有難度的。

最近，喬治亞理工學院研究人員研究出了一種新的CFRP碳纖維回收工藝，這種工藝對于某些類型的CFRP幾乎可以實現(xiàn)100%回收。

100%回收碳纖維如何實現(xiàn)？

這種新的方法是通過將復合材料浸泡在乙醇溶劑中使環(huán)氧樹脂緩慢溶解，從而將碳纖維與環(huán)氧樹脂分離，實現(xiàn)新的應用。

由喬治亞理工學院教授Jerry Qi表示，傳統(tǒng)碳纖維的再回收面臨著挑戰(zhàn)——CFRP的聚合物基體通常都是像橡膠一樣的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，不能輕易溶解，因此很難除去聚合物以回收嵌在其中的更有價值的碳纖維。而由該研究團隊研究的一種名為vitrimer的特殊的環(huán)氧樹脂含有在某些條件下可以替換結(jié)構(gòu)但不損壞交聯(lián)網(wǎng)絡完整性的動態(tài)鍵，通過使小分子化合物乙醇參與到網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的替代反應中，能有效地溶解vitrimers。這種新的循環(huán)過程有望實現(xiàn)美國和歐洲每年產(chǎn)生的數(shù)千噸碳纖維廢料的回收再利用。同時，該方法還另一個顯著優(yōu)點，即工藝過程簡單快捷。

產(chǎn)業(yè)化的碳纖維回收工藝還有哪些？

（1）東麗、東邦Tenax和三菱麗陽公司

早在2006年日本通產(chǎn)省就通過其補助的“碳纖維再生技術(shù)的實證研究開發(fā)”課題在福岡縣大牟田市內(nèi)建設(shè)了中試廠，自2009年起得到了福岡縣和大牟田市的資助，從而可作為日本碳纖維制造商協(xié)會（JCMA）的活動內(nèi)容，并積極從事基礎(chǔ)技術(shù)開發(fā)。通過研究，取得了可控制所回收碳纖維長度、并可除去金屬雜質(zhì)和樹脂殘渣量低的再生碳纖維技術(shù)，從而達到了碳纖維協(xié)會的開發(fā)目標，并于2013年底終止了協(xié)會活動。為此由上述 3 家PAN-CF企業(yè)接力，設(shè)立了“碳纖維再生技術(shù)開發(fā)組合”，以進一步深化該回收技術(shù)，以期實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

據(jù)日本日立化成公司2014年發(fā)布的一份報告指出， JCMA回收廠聯(lián)合東麗株式會社、日本帝人集團和日本三菱麗陽株式會社，已擴充了不需要預粉碎就可進行熱解過程的RCF生產(chǎn)技術(shù)。在此之前，JCMA已經(jīng)擁有1000t/a的RCF生產(chǎn)能力，該新增的新工藝具有60t/a的回收能力，甚至可以回收連續(xù)纖維以及排列不連續(xù)RCF（例如取向排列與隨機排列）。

（2）日本碳纖維再生工業(yè)公司

日本碳纖維再生工業(yè)公司（CFRI）創(chuàng)立的熱解法由廢CFRP回收碳纖維的獨有技術(shù)，其特點是以廢料燃燒時所產(chǎn)生的熱分解氣作為碳纖維回收工程的熱源，從而可比以往的方法節(jié)約 6 成的能源，而所回收的碳纖維強度可達原生碳纖維的80%以上；再生過程是通過碳化爐和燒成爐兩段燒成而得，可原封不動地回收長纖維。該回收系統(tǒng)所回收的碳纖維產(chǎn)能約為60 t/a，目前該回收產(chǎn)品已應用于汽車部件，可實現(xiàn)整車減重20%以上。

（3）德國寶馬和美國波音公司

2012年德國寶馬（BMW）汽車公司和美國波音飛機公司達成了共同研發(fā)碳纖維回收再生技術(shù)的協(xié)議，內(nèi)容包括制造技術(shù)秘密共享等，并致力于自動化過程的研究。波音公司采用約50%CFRP的B-787飛機已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化運行，目前月產(chǎn)7架。而寶馬在i3和i8系列車型中也開始使用廢棄循環(huán)利用的材料，為寶馬生產(chǎn)碳纖維汽車零部件的SGL汽車碳纖維公司已經(jīng)通過收集i系列汽車CFRP機織和針織預成型件廢料獲得RCF，回收的RCF制成絎縫非織造材料后用于生產(chǎn)i3和i8車頂和后座的CFRP。

（4）德國CFK Valley e.V.和Karl Meyer AG

德國CFK Valley e.V. 與Karl Meyer AG合作，于2007年就建立了名為CFK Valley Recycling的產(chǎn)業(yè)化RCF生產(chǎn)線，目前已經(jīng)具有1000t/a的回收碳纖維生產(chǎn)能力。2011年，德國金屬回收生產(chǎn)商ELG Haniel也通過收購英國Recycled Carbon Fibre及其商業(yè)化的回收工廠，進軍RCF市場。

CFK Valley Recycling的產(chǎn)業(yè)化RCF生產(chǎn)線（1分選；2熱解；3表面處理；4切割；5分銷）

另外，日本日立化成、日本精細陶瓷中心（JFCC）與大同大學、德國RWTH Aachen大學紡織技術(shù)研究所、西門子中央研究院、德國薩克森紡織研究所（STFI）等均已經(jīng)研究出可產(chǎn)業(yè)化的碳纖維回收技術(shù)，可以明確的是，目前CFRP的回收再利用已經(jīng)可以解決技術(shù)問題，面臨的主要問題還是產(chǎn)業(yè)化和市場應用。