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  • 2019-04-16
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废弃的碳纤维不仅造成原料浪费,还会对环境产生污染,碳纤维的回收和再利用是关键的解决途径。本文主要介绍了碳纤维的回收再利用的意义、碳纤维回收的相关政策以及主要的碳纤维回收与再利用技术,分析了目前我国碳纤维回收和再利用的发展现状。

摘要:废弃的碳纤维不仅造成原料浪费,还会对环境产生污染,碳纤维的回收和再利用是关键的解决途径。本文主要介绍了碳纤维的回收再利用的意义、碳纤维回收的相关政策以及主要的碳纤维回收与再利用技术,分析了目前我国碳纤维回收和再利用的发展现状。

随着全球碳纤维行业的高速发展,以及碳纤维在风电、汽车、压力容器、航空航天等工业领域得到大规模应用,2017年碳纤维的全球需求已达到8.42万吨。大规模应用的同时,也产生了碳纤维的回收再利用问题,这已成为行业内的热点话题。

碳纤维的回收和再利用价值大

碳纤维的废弃物主要为生产过程中的废弃碳纤维和经使用过后报废的碳纤维。据统计,碳纤维复合材料(CFRP)的生产过程中有30%-50%的浪费,废料比远高于其他行业,另外还有达到使用年限或者发生事故而报废的飞机、汽车、风电叶片,会产生大量的CFRP废弃物。碳纤维的回收再利用,短期内能够解决CFRP制造过程中废料的大量堆积,长期是避免报废的飞机、汽车、风电叶片等巨量涌现给地球环境带来的灾难。

碳纤维的回收具有多重价值:首先,回收之后的碳纤维仍具有很好的力学性能,可应用于要求相对较低的部件,比如航空CFRP的制造中会产生约30%的边角料,这些边角料一般来自高等碳纤维预浸料,回收后可以应用于飞机内饰、体育用品和电子产品等;其次,碳纤维生产消耗较多能源,回收再利用可以减少能源消耗;再次,CFRP中的热固性树脂常规条件下不溶于溶剂,也无法自然降解,不回收对环境有污染。

2017年,全球碳纤维使用量为8.4万吨,其中报废量达到2.72万吨,按最低价12万元/吨计算,报废碳纤维价值32.6亿元;我国碳纤维使用量达到2.4万吨,其中报废量达到0.44万吨,按最低价12万元/吨来计算,报废碳纤维价值达到了5.28亿元,碳纤维的回收再利用具有广阔的应用前景。

我国出台多项碳纤维回收和再利用相关政策

近年来,各国都出台政策支持碳纤维回收与再利用,如欧盟发布的end-of-life-vehicle(报废车辆指令),要求2015年后汽车上95%的材料可以回收利用,碳纤维的回收和再利用已经成为一件必须做的事情。我国政府近几年来也频繁发布碳纤维回收与再利用的政策(见表1),显示了对碳纤维回收与再利用的重视。

表1 碳纤维回收与再利用相关政策

(资料来源:公开资料整理)

我国还未实现碳纤维回收与再利用的工业化

从CFRP中回收碳纤维是一项重大的挑战,难点在于:一是CFRP组成复杂,由碳纤维、树脂基体和填料组成;二是CFRP使用时与其他材料结合,如金属配件、蜂窝结构、混合复杂材料等,使回收困难;三是大多数CFRP的基体为热固性树脂,其固有的交联性导致复合材料不能重新熔融塑化。

碳纤维的回收研究始于21世纪初,目前的技术已经能在报废部件和制造过程回收碳纤维,且回收的碳纤维力学性能和新生产的碳纤维力学性能相当,碳纤维回收方法主要有化学法、机械法和热解法三大类(见表2)。

表2 碳纤维回收方法

(资料来源:公开资料整理)

碳纤维回收能否实现工业化的关键在于:回收成本低、再生碳纤维性能高。目前全球仅有英国ELG、日本回收碳纤维公司和美国MIT-RCF公司三家工业化碳纤维回收公司,均采用高温热裂解发回收技术。国内还未实现碳纤维回收与再利用的工业化,上海交通大学率先开展了碳纤维回收相关研究,目前已经用主知识产权的碳纤维复合材料废弃物裂解回收技术,且已经建成了200t/年的中试生产线。目前我国的碳纤维回收与再利用发展水平与发达国家相比还有较大发展空间。

结语

随着碳纤维使用量的增加,碳纤维的回收与再利用已成为行业内热点话题;碳纤维的回收与再利用具有环保、节能、减少原料损耗等多重价值,引起世界各国的重视,我国近几年来频繁出台相关支持政策;目前碳纤维的回收与再利用技术当中仅有高温热裂解法实现了工业化,而我国的碳纤维回收与再利用的前沿机构以上海交通大学为代表,其目前还处于中试阶段,工业化水平与发达国家还有较大差距。



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