是時候進行碳纖維的回收了

　　碳纖維具有質量輕，強度模量大，耐腐蝕等特點，在航空、體育器材等領域得到了廣泛應用。在過去15年中，碳纖維行業發生了很大變化。2000年，碳纖維生產量不到2萬噸?，F在，每年生產量超過6萬噸。預測表明，其將在2020年初增加到每年10到14萬噸之間。
　　據估計，碳纖維生產過程中有超過30%的浪費，有遠高于其他行業的廢料比。由于其迅猛的增長，我們在不斷提高生產量的同時，也應該開始將重點放在碳纖維回收行業。
      
　　圖1，碳纖維閉合循環（圖片源于MIT-RCF）
　　碳纖維的回收研究始于21世紀初期。目前已經有一些公司開發出高成本效益的方法(如ELG碳纖維公司等)，能在制造的過程和報廢的部件回收碳纖維，且不會明顯降低碳纖維的性能。
　　表1，回收再利用的碳纖維增強熱塑性復合材料的性能（數據來源：Albis 英國）
      
　　目前成熟的方法有機械回收和熱力學回收（如圖2所示）。機械回收就是通過物理原理，依靠外力粉碎或者粘膜碳纖維廢料，得到尺寸形狀不用的碳纖維。按照其不同形狀分類，分別注入新的樹脂，得到不用的碳纖維復合材料。此方法中由于外力的作用，會在一定程度上對碳纖維造成破壞，因此該方法逐漸被熱力學方法替代。熱力學方法中由于其不同的受熱原理主要分為三種。氧化方法是開始使用的方式，對原材料要求較少，但對纖維傷害較大；化學方法工藝簡單，有利于商業化，并且由于碳纖維的耐腐蝕特性，對性能的影響較??；此外，熱解法需要在高溫下進行，雖已投入使用，但其對碳纖維的力學影響比較大。此外還有一些新型方法，如溶劑分解發，微波熱分解法（利用微波加熱樹脂，以使其與碳纖維分解）等。
      
　　圖2，碳纖維回收方法（來源于 Elsevier公司回收手冊）
　　但目前回收的碳纖維，重新制得的成品，返回市場存在一定的障礙。今天，再循環產品以混合物（通過研磨和切斷得到的粉末/顆粒）和復合材料鋪層（非織造墊如干織物以及預浸料和SMC材料）結合的形式存在。如圖3，目前，這種產品的性能（力學、加工性能等）了解非常有限。因此，發展收到了一定的限制。
      
　　圖3，在循環產品（經回收得到的）碳纖維再生材料
　　2011年，德國金屬回收商ELG Haniel（德國杜伊斯堡）收購了回收碳纖維有限公司（Coseley，U.K .;以前的Milled Carbon集團）及其商業回收廠（2009年投產），將其命名為ELG碳纖維。利用碳纖維在航空航天中產生的廢料,該公司可以獲得更高的價值。其通過熱解工藝每年可以處理2000公噸廢物，并生產1000公噸再生碳纖維。除此之外，日本日立化成、日本精細陶瓷中心（JFCC）與大同大學、德國RWTH Aachen大學紡織技術研究所、西門子研究院、德國薩克森紡織研究所（STFI）等也先后在可產業化的碳纖維回收技術中取得相應的進展。
　　目前，成功的回收再利用的案例是寶馬（德國慕尼黑）在其i3和7系列車型中后排座椅結構的使用（圖4）。這得益于寶馬和SGL集團（德國威斯巴登）對于碳纖維工藝的制造和廢料處理形成了集成供應鏈。SGL汽車碳纖維（SGL ACF，Wackersdorf，Germany）收集來自車輛的CFRP，生產編織和預成型坯料碎屑，并將其切割成碎片，然后加工以成纖維，隨后機械梳理，根據終部件的使用位置，以不同角度將纖維層疊，并縫合以形成非織造紡織品。此過程不僅減少了組裝步驟和零件重量，而且還能夠滿足碰撞要求，壁厚僅為1.4mm / 0.6-英寸。
　　如果能推動這種供應鏈規范化，那么就可以推動碳纖維的再生。這種方法在經濟角度來看可以降低成本；從環境角度看，可以減少浪費降低能源消耗。重要的是，再生碳纖維可以滿足未來對碳纖維急劇增長的需求，減少供應與需求之間的差距。
      
　　圖4，寶馬中再生碳纖維的使用
　　在，為響應節能減排，環保高效的號召，上海市發改委“上海交通大學大型民機創新工程”資助了上海交通大學化學化工學院王新靈教授研究團隊。其中，楊斌副教授于2010年前就開始進行規?；祭w維復合材料廢棄物回收技術項目的攻克。經過5年的研究，針對裂解法固有的缺陷，創新性地提出了完善的解決方案，同時解決了其在工程上大范圍使用的實際問題。這個項目的成功，意味著國內擁有了一條完全自主知識產權的、規模化的、新型裂解回收技術和裝備，碳纖維復合材料廢棄物的年處理能力超過200噸。除此之外，目前僅德國（ELG Carbon Fibre Ltd）、日本(碳纖維回收工業公司)和美國（MIT-RCF Ltd）的三家公司擁有回收處理碳纖維復合材料廢棄物的產業化技術。與國際先進技術相比，上海交通大學的回收技術具有廢棄物處理前可保留大尺寸的特點，這樣既免除了廢棄物切割、粉碎的工序，更重要的是保持了再生碳纖維的足夠長度、提高了碳纖維再利用的價值。
　　總而言之，許多公司已經開發出了成本效益高的碳纖維回收方案，以及現在可以用于復合材料工業的一些列初始產品。這將是未來碳纖維市場的重要組成部分，其不僅可以降低企業成本、增強可持續發展動力，還幫助了整個碳纖維材料產業的發展壯大。
　　來源：compositesworld、新華網等公開資料新材料在線整理
　　宜興市鼎峰碳纖維織造有限公司
　　DING FENG CARBON FIBER WEAVING Co.,Ltd
　　專業從事航空航天碳纖維增強復核材料、高強高模結構材料、防彈材料、新型碳纖維建筑補強材料等的制造、研制、開發，主要以碳纖維布、芳綸纖維布、碳芳混織布等特種高分子材料為原料進行織造復合。
　　Ebelloca 是鼎峰公司名下于2015年創立的碳纖維制品品牌，于品牌創立之后公司不斷的加大力度研發，研發出了各品類各具特色的碳纖維制品，尤其是其中的一些高端產品，如全碳自行車全碳電吉他碳纖維茶海、鍵盤燈更具科技含量，且大部分產品支持私人定制。在碳纖維民用化的道路上前進了一大步并越走越遠。
　　Ebelloca 品牌產品涉及類目包括：錢包、垂釣裝備、包裝、手機配件(殼、套)、太陽眼鏡、旅行箱、鑰匙包、USB電腦周邊、象棋、戶外運動、樂器、書寫工具、撲克、茶具、鍵盤等。
       
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