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 Exel 復(fù)合材料公司等聯(lián)合體用 50%回收纖維及 50%回收聚對苯二甲酸乙二醇酯制備層合板，在壓鑄汽車零件上應(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)實現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營的碳纖維增強(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，還能通過高溫分解回收部分有機(jī)液體燃料，實現(xiàn)資源的再利用。

英國MilledCarbonFiberLtd.案例

英國的MilledCarbonFiberLtd.是全球首家商業(yè)運(yùn)營的專業(yè)回收公司。他們利用一套長達(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AdherentTechnologiesInc(ATI)案例

美國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。檢測表明，用這種方法回收并處理后碳纖維的表面基本上沒有受到損傷，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)分離器來獲得填料顆粒和表面干凈的碳纖維。

英國諾丁漢大學(xué)研究案例

英國諾丁漢大學(xué)對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、流化時間10分鐘的試驗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或臨界點的附近時，液體的相對密度、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，利用它們具有對于高分子材料的獨(dú)特溶解性能來分解碳纖維復(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)氧樹脂復(fù)合材料的分解過程。試驗表明，在673K、28MPa下經(jīng)30分鐘反應(yīng)，環(huán)氧樹脂的分解率為79.3%，當(dāng)加入氫氧化鉀(KOH)催化劑，環(huán)氧樹脂的分解率達(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)境公眾號案例

近期，『上海環(huán)境』公眾號推出減污降碳專題，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、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)的裂解工藝對樹脂基碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行回收利用。通過將碳纖維復(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，利用樹脂在高溫下裂解特性分離復(fù)合材料中碳纖維，并對分解后的纖維進(jìn)行塑形處理后得到再生纖維；樹脂裂解產(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?；厥仗幚砗蟮玫降脑偕祭w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)過程碳排放量僅為原絲制造過程的十二分之一。

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環(huán)境的影響，但對潛在回收技術(shù)和回收碳纖維利用的經(jīng)濟(jì)可行性的認(rèn)識有限。目前，大多數(shù)用于回收利用的碳纖維來自航空航天部門，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非常有吸引力的選擇。

回收流程與應(yīng)用場景

回收需要兩個階段：首先必須從碳纖維復(fù)合材料中回收纖維，通過機(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，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，具有重要的社會和經(jīng)濟(jì)價值。目前，高溫?zé)峤夥?、流化床熱分解法和?亞臨界流體法是實現(xiàn)碳纖維回收的主要技術(shù)手段。同時，實際應(yīng)用案例如上海環(huán)境的減污降碳項目和飛機(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

碳纖維回收對環(huán)境影響評估

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)展趨勢預(yù)測