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碳纖維復合材料具有無可爭議的超強性能,但和其他材料一樣都有使用年限。
雖然已經廣泛使用于航空航天、體育休閑、汽車游艇甚至風機葉片、油田鉆井等各個領域的CFRP材料,但也由此形成了很多廢舊材料。
一方面,例如很多航空飛機本身到達了使用年限,或是自行車、體育用品等自然淘汰,產品整體報廢需要處置;
另一方面碳纖維本身較差的抗氧化性決定了材料本身的使用壽命要低于一般的金屬材料,一般在2~40年。
再者例如寶馬i3的碳纖維車架,一旦發生刮蹭或撞裂,維修并不容易,一般只能進行替換。
從碳纖維到最后的CFRP復合材料的生產過程中,超過20%的碳纖維以邊角料、廢料的形式存在,這些碳纖維材料一般通過簡單地工藝處理直接做成短纖,再加工成碳化氈、模壓產品等循環利用,最終還是歸結為第一類廢舊材料。
由于碳纖維回收的巨大需求,世界各國都積極開展碳纖維回收的相關工作。
日本碳纖維制造協會(JCMA)所屬三大成員東麗、東邦和三菱成立了一個合資企業,開展碳纖維的回收研發工作。
合資公司集三家之力,花三年時間實現了初期目標—確立制造技術,其大牟田實驗工廠的碳纖維年回收能力達到1000噸。
2015年3月,合資公司宣布解散,三家公司以研究的制造技術為基礎,各自開展業務工作。
英國西米德蘭茲的再生碳纖維有限公司(RCF)擁有先進的高溫分解機,每年可以回收大約1200噸碳纖維。2011年,公司被ELG Haniel 收購,目前每年回收能力達到2000公噸。
德國的 Hadeg Recycling GmbH 和 CFK Valley Recycling GmbH 與波音和 Alenia 航空共同努力開發CFRP的回收工作。
在美國,很多公司都在開展碳纖維的回收利用工作,例如 Adherent Technology、Firebird Advanced Material、Trek 等公司都設立了規模化的碳纖維回收利用生產中心。2015年9月,復合材料回收技術中心(CRTC)在美國安吉利斯港成立,年處理能力近千噸,銷售額預計可達9千萬美元。
PC巨頭戴爾也在近期宣布與沙特基礎工業合作,計劃于2016年完成380噸碳纖維的回收再利用,作為旗下高端產品外星人電腦的原料。
回收碳纖維存在兩大基本問題,一是普遍回收得到短纖而不是長纖,二是回收的碳纖維性能都有明顯下降。
在回收技術方面,主要有高溫熱解法、流化床分解法和超/亞臨界流體法。
前兩種方法都會使得回收的碳纖維力學性能降低,從而限制再制造碳纖維產品的適用范圍。
超/亞臨界法是利用液體在臨界點附近具有高活性和高溶解性等性能來分解復合材料,最大限度地保留碳纖維的原始性能,但目前仍處于試驗階段。
西門子中央研究院彩榮溶劑分解回收的辦法,有效解決了兩大問題,在低能耗的基礎上能夠回收CFRP中碳纖維織物或纖維的原形,并幾乎保留原有的力學性能。
在回收這一領域國內目前仍處于起步階段,主要是研究院和大學與國外的公司或機構開展的聯合研發項目,距離實際應用仍有較大差距。