车用碳纤维材料（4）——碳纤维的回收与再利用

碳纤维回收的价值与意义

       纤维复合材料具有重量轻，强度高，模量高，耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、体育休闲、汽车、建筑及桥梁加固等领域。碳纤维需求量也随着这些产业的发展不断增加。目前我国碳纤维复合材料仍以热固性树脂基为主，市场占有量90%以上，而热固性树脂基复合材料在自然条件下不可以降解，随着应用量的增加，其污染问题也会日趋严重。开发大规模、连续化、低成本、低能耗的回收和再利用技术迫在眉睫。

来源：赛奥碳纤维

      碳纤维生产过程中需要消耗很多能源，因此价格比较昂贵，对其进行回收再利用一方面可以减少生产新碳纤维所需要的能源消耗，另一方面回收之后的碳纤维仍有很好的力学性能和利用价值，可以利用于要求相对较低的部件。据日本报道，生产制造再生短CF能耗仅为新CF的17%，CO2排放量为新CF的14%。回收处理的碳纤维与新碳纤维相比，生产成本相对较低，可以以相对低的价格推向市场，扩大碳纤维的应用领域。

       在碳纤维增强热固性复合材料中，树脂基体固化后形成三维交联网状结构，常规条件下不溶于溶剂，也无法自然降解。如果不进行回收处理，将会造成环境污染，并且随着碳纤维用量增加，污染将会越来越严重。

每生产1Kg碳纤维时的排放和环境影响

碳纤维回收方法介绍

1物理回收：

       即，机械粉碎回收法。机械粉碎回收法作为比较早被研究的一种物理回收方法，主要依靠机械设备，通过机械力将热固性树脂及其复合材料通过碾碎、压碎或切碎等方式，获得尺寸不一的块体颗粒、短纤等物质。具有工艺简单、不产生污染物等优点。虽然机械粉碎回收法操作简单，可回收不同长度的短纤及复合材料粒子，但是纤维在回收过程中受到的破坏较大，无法得到长纤维。

2化学回收：

3能量回收：

       即，焚烧处理。废弃物通过焚烧处理，将有机物转化为热能或其他能力加以利用的方法。工艺简单，设备成本低。但是燃烧产生的气体及灰分的处理易造成环境污染。且复合材料的燃点较高，需要油、煤等引燃和助燃，造成资源浪费。

4其他回收方法及发展状况

全球主要碳纤维回收企业技术应用现状

碳纤维再生工业公司（CFRI）创立了热解法由废CFRP回收碳纤维的独有技术，其特点是以废料燃烧时所产生的热分解气作为碳纤维回收工程的热源，从而可比以往的方法节约 6 成的能源，而所回收的碳纤维强度可达原生碳纤维的80%以上。目前该回收产品已应用于汽车部件，可实现整车减重20%以上。

西门子中央研究院采用溶剂分解回收的方法，在200℃和水的存在下对CFRP废材施压并进行加热，使其中的树脂转化成低相对分子质量的水溶性醇类，从而回收碳纤维。所用溶剂不会破坏环境，所需能量比制造新的碳纤维要少得多，而且能回收CFRP中的碳纤维织物或纤维等原形，以便进一步加工成新的CFRP制品，并几乎保留原有的力学性能。

STFI从事对碳纤维和CFRP生产过程中所产生的多种废料再利用进行研究，并将回收的碳纤维应用于加工非织造布。其研究的再生碳纤维可充分保持原有特性，并以长度50～100  mm的形式加以利用。同时该所还开展用碳纤维正品与再生碳纤维形成共混网材的技术研发，以提高综合使用性能、耐变形性能和耐破裂强度等。

碳纤维回收面临的技术难题

        随着碳纤维的大量使用，碳纤维复合材料的回收再利用已成为一个迫切需要解决的问题。目前我国虽然有部分科研院所开始了相关研究，但整体水平与国外仍有不小差距，且尚未实现商业化运作。对此，笔者提出几点建议：

（1）建立完善碳纤维复合材料废弃物分级、分类方法及回收后碳纤维相关测试标准，并监督执行。

（2）热塑性复合材料相对于热固性复合材料更易于回收再利用，在车用碳纤维复合材料方面，应大力发展碳纤维增强热塑性复合材料。提高热塑性复合材料的使用比例，以减少热固性复合材料废弃物来源，降低碳纤维复合材料回收成本。

（3）加快碳纤维回收技术产业化应用步伐，将新型技术更快地从实验室搬到生产线。从而降低碳纤维使用成本，促进碳纤维材料在汽车领域的应用推广。

​