維材料回收利用案例多樣，技術(shù)不斷創(chuàng)新，如堪薩斯大學(xué)和南加州大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)的新技術(shù)，能高效回收碳纖維復(fù)合材料，使回收的碳纖維保持超 97%原始強(qiáng)度，英國(guó) Exel 復(fù)合材料公司等聯(lián)合體用 50%回收纖維及 50%回收聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯制備層合板，在壓鑄汽車(chē)零件上應(yīng)用良好；

碳纖維材料回收利用案例

高溫?zé)峤夥?/h2>

高溫?zé)峤夥ㄊ悄壳拔ㄒ灰呀?jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的回收方法。這種工藝是在高溫下使復(fù)合材料進(jìn)行降解，以得到表面干凈的碳纖維，同時(shí)還可以回收部分有機(jī)液體燃料。

日本中試廠案例

日本在福岡縣興建的中試廠，每年可處理碳纖維復(fù)合材料廢棄物60噸。這種方法不僅能夠有效分離碳纖維和塑料部分，還能通過(guò)高溫分解回收部分有機(jī)液體燃料，實(shí)現(xiàn)資源的再利用。

英國(guó)MilledCarbonFiberLtd.案例

英國(guó)的MilledCarbonFiberLtd.是全球首家商業(yè)運(yùn)營(yíng)的專(zhuān)業(yè)回收公司。他們利用一套長(zhǎng)達(dá)37米的熱分解設(shè)備，每年大約可處理2000噸的廢棄碳纖維復(fù)合材料，所生產(chǎn)的再生碳纖維的產(chǎn)量為1200噸。這種方法在無(wú)氧狀態(tài)下加熱碳纖維復(fù)合材料廢棄物，保持溫度在400~500攝氏度之間，得到的清潔碳纖維可具有90%~95%原始纖維的力學(xué)性能。

美國(guó)AdherentTechnologiesInc(ATI)案例

美國(guó)AdherentTechnologiesInc(ATI)發(fā)明了一種低溫、低壓的碳纖維復(fù)合材料熱分解工藝。檢測(cè)表明，用這種方法回收并處理后碳纖維的表面基本上沒(méi)有受到損傷，碳纖維強(qiáng)度比原始纖維降低約為9%左右。

流化床熱分解法

流化床熱分解法是一種采用高溫的空氣熱流對(duì)碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行高溫?zé)岱纸獾奶祭w維回收方法，通常這種工藝還采用旋風(fēng)分離器來(lái)獲得填料顆粒和表面干凈的碳纖維。

英國(guó)諾丁漢大學(xué)研究案例

英國(guó)諾丁漢大學(xué)對(duì)于流化床熱分解工藝方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明這種方法特別適用于那些含有其他混合物及污染物碳纖維復(fù)合材料報(bào)廢零部件的回收和利用。

Jiang等人的研究案例

Jiang等研究了在流化溫度500攝氏度、流化速率1米/秒、流化時(shí)間10分鐘的試驗(yàn)條件下得到回收纖維的表面特征。表面分析表明，碳纖維原始表面上的羥基(-OH)轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸潭雀咝┑聂驶?-C=O)和羧基(-COOH)，但其表面的氧/碳不變，而且碳纖維表面這種變化不影響回收纖維和環(huán)氧樹(shù)脂之間的界面剪切強(qiáng)度。

超/亞臨界流體法

當(dāng)液體的溫度及壓力處于臨界點(diǎn)或臨界點(diǎn)的附近時(shí)，液體的相對(duì)密度、溶解度、熱容量、介電常數(shù)及化學(xué)活性等各種性質(zhì)都將會(huì)發(fā)生急劇的變化，從而使液體具有很高的活性、極強(qiáng)的溶解性、特異的流動(dòng)性、滲透性、擴(kuò)散性等性質(zhì)，人們正是利用超/亞臨界液體的這些特性，利用它們具有對(duì)于高分子材料的獨(dú)特溶解性能來(lái)分解碳纖維復(fù)合材料，在期待能最大限度地保留碳纖維的原始性能的前提下，獲得到干凈的碳纖維。

PineroHemanzR等人的研究案例

PineroHemanzR等研究了在超臨界水中碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的分解過(guò)程。試驗(yàn)表明，在673K、28MPa下經(jīng)30分鐘反應(yīng)，環(huán)氧樹(shù)脂的分解率為79.3%，當(dāng)加入氫氧化鉀(KOH)催化劑，環(huán)氧樹(shù)脂的分解率達(dá)到95.3%，而且所得到的碳纖維的拉伸強(qiáng)度能夠保持為原始纖維的90%~98%。

上海環(huán)境公眾號(hào)案例

近期，『上海環(huán)境』公眾號(hào)推出減污降碳專(zhuān)題，將以多樣化的形式解讀宣貫減污降碳協(xié)同增效的最新戰(zhàn)略要點(diǎn)、政策要求及典型案例，探索減污降碳協(xié)同增效的技術(shù)方法和工作路徑，助力建設(shè)美麗上海。

回收工藝流程

本案例采用自主研發(fā)的裂解工藝對(duì)樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行回收利用。通過(guò)將碳纖維復(fù)合材料放置在以高溫?zé)o氧氣體為氛圍氣的熱解爐中進(jìn)行熱處理，利用樹(shù)脂在高溫下裂解特性分離復(fù)合材料中碳纖維，并對(duì)分解后的纖維進(jìn)行塑形處理后得到再生纖維；樹(shù)脂裂解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w作為能源進(jìn)行回收利用。

回收效果與應(yīng)用

回收后的再生碳纖維可以重新加工成短切纖維、粒料、碳粉、表面氈、針刺氈等等。回收處理后得到的再生碳纖維的力學(xué)性能可達(dá)原絲95%以上，玻璃纖維的力學(xué)性能可達(dá)原絲85%以上。回收碳纖維成本僅為新碳纖維制造成本的十五分之一，回收處理得到纖維的生產(chǎn)過(guò)程碳排放量?jī)H為原絲制造過(guò)程的十二分之一。

流化床工藝在飛機(jī)碳纖維復(fù)合材料回收中的應(yīng)用

與原生碳纖維生產(chǎn)相比，碳纖維回收減少了對(duì)環(huán)境的影響，但對(duì)潛在回收技術(shù)和回收碳纖維利用的經(jīng)濟(jì)可行性的認(rèn)識(shí)有限。目前，大多數(shù)用于回收利用的碳纖維來(lái)自航空航天部門(mén)，到2030年，6000-8000架飛機(jī)即將結(jié)束生命。廢棄飛機(jī)填埋和焚燒碳纖維增強(qiáng)材料導(dǎo)致成本增加收益降低，所以回收利用可能是一個(gè)非常有吸引力的選擇。

回收流程與應(yīng)用場(chǎng)景

回收需要兩個(gè)階段：首先必須從碳纖維復(fù)合材料中回收纖維，通過(guò)機(jī)械研磨材料或使用熱解或流化床工藝將其熱分解。這些方法去除了復(fù)合材料的塑料部分，留下了碳纖維，然后可以使用濕造紙技術(shù)將碳纖維轉(zhuǎn)化成纏結(jié)的纖維墊，或者重新組織成定向纖維。再循環(huán)碳纖維可能適用于需要輕量化的非結(jié)構(gòu)性應(yīng)用，例如汽車(chē)，建筑，風(fēng)能和體育行業(yè)。

總結(jié)

碳纖維材料的回收利用不僅有助于減少環(huán)境污染，還能有效利用資源，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前，高溫?zé)峤夥ā⒘骰矡岱纸夥ê统?亞臨界流體法是實(shí)現(xiàn)碳纖維回收的主要技術(shù)手段。同時(shí)，實(shí)際應(yīng)用案例如上海環(huán)境的減污降碳項(xiàng)目和飛機(jī)碳纖維復(fù)合材料的回收案例，展示了碳纖維回收技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用潛力和經(jīng)濟(jì)效益。

碳纖維回收技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益分析

碳纖維回收對(duì)環(huán)境影響評(píng)估

碳纖維回收材料在新領(lǐng)域的應(yīng)用

碳纖維回收技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)