碳纖維復合材料日益普及，其使用量逐年上升。回收這些材料仍然很困難，但出于環境、經濟和立法方面的原因，在歐洲層面仍然是必要的。在IMT Mines Albi，研究人員正在研究蒸汽熱解法回收碳纖維。雖然這個過程提供了有希望的結果，但在開發回收系統之前需要采取許多步驟。

 

航空巨頭空中客車公司和波音公司的閃亮新星，A350 和 787 夢幻客機，也是復合材料在我們環境中日益普及的象征。飛機、風力渦輪機、汽車和運動器材越來越多地包含這些材料。碳纖維復合材料仍占市場上復合材料的少數——遠遠落后于玻璃纖維——但每年以 10% 至 15% 的速度增長。制造商現在必須解決這些材料在使用壽命結束時會變成什么樣的問題？在當今社會，考慮產品對環境的影響已不再是可選項，回收問題不容忽視。一項研究預測，到2025年，廢棄的風電葉片將超過4700萬噸。

 

廢棄的風電葉片

 

在 IMT Mines Albi，Yannick Soudais [1]和 Gérard Bernhart [2]正在進行的科學研究解決了這個問題。聚合物和材料化學領域的研究人員正在開發一種回收碳纖維復合材料的新工藝。這是一項不小的任務，因為它需要將織物或單向長絲形式的纖維與形成其插入其中的基質的固體樹脂聚合物分離。目前存在兩種主要的方法來嘗試將纖維與樹脂分離：熱解和溶劑分解。個包括在惰性氮氣氣氛中燃燒基質，以避免燃燒部分纖維。第二種是基于溶劑的化學方法，非常費力，因為它需要高溫和高壓。

 

阿爾比研究人員開發的過程稱為“蒸汽熱解”，并將這兩個過程結合在一起。目前，向碳纖維的大規模再利用邁進是上有前景的解決方案之一。除了阿爾比，上只有少數其他研究中心在研究這個主題（主要在日本、和韓國）。“我們使用過熱水蒸汽作為溶劑并引發化學降解反應，” Yannick Soudais 解釋說。與熱解不同，不需要氮氣。與傳統的化學方法相比，該過程是在大氣壓下進行的。簡而言之：蒸汽熱解更容易在工業規模上實施和掌握。

 

恢復后重復使用

 

重復使用碳纖維的簡單方法是將相互連接的纖維束展開在平坦的表面上，并以這種形式重復使用，作為碳氈。因此，它們將用于制造裝飾部件而不是結構部件的復合材料。回收纖維的尺寸還可以進一步減小，以用作聚合物顆粒的增強材料。例如，這種方法可以使用注塑法生產汽車零件。研究人員與位于圖盧茲的公司 Alpha Recyclage Composites (ARC) 合作，進行了說明這種再利用類型的演示。

 

但真正的挑戰仍然是能否將這些纖維重復用于更高性能的用途。為此，“我們必須能夠用短纖維制造紡成纖維，”Gérard Bernhart 說。“我們正在與 ARC 合作對這一主題進行廣泛的研究，因為到目前為止，上還沒有人能夠做到這一點。” 這些前景涉及紡織行業特有的技術，這就是研究人員與法國紡織服裝研究所建立合作伙伴關系的原因。目前，這項工作僅處于探索階段，重點是確定可用于開發重塑過程的技術。例如，一個想法是使用羅紋羅拉形成均勻的紗線，然后使用梳理機來形成均勻的巴里紗，然后是拉伸和紡紗階段。

 

對于復合材料零件制造商來說，這些前景為開發更具經濟競爭力的材料打開了大門。當然，回收是一個環境問題，某些法規為制造商制定了行為標準。例如，汽車制造商就是這種情況，他們必須確保，無論汽車中使用何種部件，85% 的汽車質量在其使用壽命結束時都可以回收利用。但成熟、高效的回收工藝也有助于降低碳纖維復合材料零件的制造成本。

 

當纖維是新的時，成本為每公斤 25 歐元，對于為高性能材料生產的纖維，甚至每公斤 80 歐元。“價格主要由纖維制造所涉及的材料和能源成本來解釋，” Gérard Bernhart 說。因此，再生纖維將帶來新的工業機會。這一經濟方面與環境觀點相去甚遠，相反，它可能成為開發有效回收碳纖維系統的驅動力。