維回收技術(shù)取得新進(jìn)展，熱解法回收率可達(dá)90%，2025年碳纖維回收市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)12億元，熱解法為主流路線，政策支持力度大，碳纖維及復(fù)合材料被列入國(guó)家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，國(guó)家持續(xù)推動(dòng)其發(fā)展，計(jì)劃形成有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)集團(tuán)和產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。

碳纖維回收技術(shù)的最新進(jìn)展

高效回收碳纖維技術(shù)

近期，美國(guó)華盛頓州立大學(xué)的機(jī)械與材料工程學(xué)院教授Jinwen Zhang領(lǐng)導(dǎo)的科研小組研究出一種新的碳纖維回收技術(shù)。該技術(shù)使用弱酸作為催化劑，利用含有催化劑的液態(tài)乙醇在相對(duì)低溫下對(duì)熱固性材料進(jìn)行分解。為了提高分解效果，研究人員在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)材料進(jìn)行升溫，使含有催化劑的液體更好地浸入復(fù)合材料內(nèi)部，破壞其中已經(jīng)固化的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。Zhang教授利用乙醇使樹脂發(fā)生膨脹，再用氯化鋅破壞化學(xué)分子中的碳氮鍵。該方法已被實(shí)驗(yàn)證明有效，分解后的碳纖維和樹脂被分別保存，并投入再生產(chǎn)。該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為其申請(qǐng)了技術(shù)專利，并試圖投入商業(yè)化應(yīng)用。

碳纖維復(fù)合材料的再利用

碳纖維復(fù)合材料的回收方法主要包括高溫?zé)峤夥ê土骰矡岱纸夥?。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。意大利的Karborek等開發(fā)了一種在加熱過(guò)程中碳纖維不會(huì)被碳化的工藝技術(shù)，可得到的比原始纖維長(zhǎng)度較短的碳纖維。英國(guó)的Milled Carbon Fiber Ltd.從2003年開始回收加工碳纖維復(fù)合材料，是全球首家商業(yè)運(yùn)營(yíng)的專業(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。美國(guó)Adherent Technologies Inc. (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。丹麥的ReFiber公司通過(guò)在無(wú)氧環(huán)境條件下，在溫度為500攝氏度的旋轉(zhuǎn)爐中將碳纖維復(fù)合材料氣化，成功地用高溫?zé)峤夥ɑ厥樟藦?fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片。德國(guó)的Karl Meyer再生材料公司開發(fā)的一種在加熱爐中通入保護(hù)氣體用以隔絕氧氣的新工藝，可使碳纖維復(fù)合材料分解后碳纖維基本沒(méi)有受到損傷。

碳纖維回收技術(shù)的市場(chǎng)前景

碳纖維回收技術(shù)的市場(chǎng)前景廣闊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約有30%的碳纖維最終成為廢料，同時(shí)，由于有價(jià)值的物質(zhì)最終被填埋，因此大多數(shù)的分析都認(rèn)為，未來(lái)幾年，對(duì)該材料的年需求量可能超過(guò)目前的年產(chǎn)量。全球碳纖維需求的平均估計(jì)值大約是每年65000～85000噸，而全球額定產(chǎn)能（超過(guò)實(shí)際產(chǎn)能）大約是150000噸。一些分析家估計(jì)，到2022年，碳纖維需求可能超過(guò)供給大約24000噸。再生碳纖維的商業(yè)供應(yīng)商認(rèn)為，回收和再利用的材料可以作為解決這一供需缺口的潛在方案。然而，再生碳纖維行業(yè)有其自身的挑戰(zhàn)：雖然碳纖維復(fù)合材料的回收利用技術(shù)已存在多年，并能夠生產(chǎn)出力學(xué)性能非常接近原生材料的產(chǎn)品，但復(fù)合材料回收產(chǎn)業(yè)相對(duì)年輕，對(duì)于源自回收材料的再生碳纖維而言，它仍處在市場(chǎng)開發(fā)的早期階段。隨著市場(chǎng)對(duì)回收廠商生產(chǎn)的纖維質(zhì)量信心的增加，關(guān)于成本和可用性的問(wèn)題已被提上議事日程。因此，對(duì)供應(yīng)鏈安全性的關(guān)注，或許才是該行業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)。

結(jié)論

綜上所述，碳纖維回收技術(shù)在近年來(lái)取得了顯著的進(jìn)展，包括新型回收技術(shù)的研發(fā)、商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的成功案例以及市場(chǎng)前景的看好。這些進(jìn)展不僅提高了碳纖維的回收效率和質(zhì)量，也為碳纖維的可持續(xù)發(fā)展提供了有力的支持。

碳纖維回收技術(shù)的商業(yè)化案例

碳纖維回收技術(shù)的成本效益分析

碳纖維回收過(guò)程中的環(huán)境影響

碳纖維回收技術(shù)的專利申請(qǐng)情況