碳纖維回收和再利用價值巨大 我國工業化實現仍有待提高

碳纖維回收和再利用價值巨大 我國工業化實現仍有待提高

摘要：廢棄的碳纖維不僅造成原料浪費，還會對環境產生污染，碳纖維的回收和再利用是關鍵的解決途徑。本文主要介紹了碳纖維的回收再利用的意義、碳纖維回收的相關政策以及主要的碳纖維回收與再利用技術，分析了目前我國碳纖維回收和再利用的發展現狀。



隨著全球碳纖維行業的高速發展，以及碳纖維在風電、汽車、壓力容器、航空航天等工業領域得到大規模應用，2017年碳纖維的全球需求已達到8.42萬噸。大規模應用的同時，也產生了碳纖維的回收再利用問題，這已成為行業內的熱點話題。



碳纖維的回收和再利用價值大



碳纖維的廢棄物主要為生產過程中的廢棄碳纖維和經使用過后報廢的碳纖維。據統計，碳纖維復合材料(CFRP)的生產過程中有30%-50%的浪費，廢料比遠高于其他行業，另外還有達到使用年限或者發生事故而報廢的飛機、汽車、風電葉片，會產生大量的CFRP廢棄物。

碳纖維的回收再利用，短期內能夠解決CFRP制造過程中廢料的大量堆積，長期是避免報廢的飛機、汽車、風電葉片等巨量涌現給地球環境帶來的災難。碳纖維的回收具有多重價值：



1.回收之后的碳纖維仍具有很好的力學性能，可應用于要求相對較低的部件，比如航空CFRP的制造中會產生約30%的邊角料，這些邊角料一般來自高等碳纖維預浸料，回收后可以應用于飛機內飾、體育用品和電子產品等。



2.碳纖維生產消耗較多能源，回收再利用可以減少能源消耗;再次，CFRP中的熱固性樹脂常規條件下不溶于溶劑，也無法自然降解，不回收對環境有污染。



2017年，全球碳纖維使用量為8.4萬噸，其中報廢量達到2.72萬噸，按最低價12萬元/噸計算，報廢碳纖維價值32.6億元;我國碳纖維使用量達到2.4萬噸，其中報廢量達到0.44萬噸，按最低價12萬元/噸來計算，報廢碳纖維價值達到了5.28億元，碳纖維的回收再利用具有廣闊的應用前景。



利好政策頻繁出臺



近年來，各國都出臺政策支持碳纖維回收與再利用，如歐盟發布的end-of-life-vehicle(報廢車輛指令)，要求2015年后汽車上95%的材料可以回收利用，碳纖維的回收和再利用已經成為一件必須做的事情。



我國政府近幾年來也頻繁發布碳纖維回收與再利用的政策，顯示了對碳纖維回收與再利用的重視。

碳纖維回收和再利用價值巨大 我國工業化實現仍有待提高

碳纖維回收與再利用相關政策



我國還未實現工業化



從CFRP中回收碳纖維是一項重大的挑戰，難點在于：



1.CFRP組成復雜，由碳纖維、樹脂基體和填料組成;



2.CFRP使用時與其他材料結合，如金屬配件、蜂窩結構、混合復雜材料等，使回收困難;



3.大多數CFRP的基體為熱固性樹脂，其固有的交聯性導致復合材料不能重新熔融塑化。



碳纖維的回收研究始于21世紀初，目前的技術已經能在報廢部件和制造過程回收碳纖維，且回收的碳纖維力學性能和新生產的碳纖維力學性能相當，碳纖維回收方法主要有化學法、機械法和熱解法三大類。

碳纖維回收和再利用價值巨大 我國工業化實現仍有待提高

碳纖維回收方法



碳纖維回收能否實現工業化的關鍵在于：回收成本低、再生碳纖維性能高。目前全球僅有英國ELG、日本回收碳纖維公司和美國MIT-RCF公司三家工業化碳纖維回收公司，均采用高溫熱裂解發回收技術。



國內還未實現碳纖維回收與再利用的工業化，上海交通大學率先開展了碳纖維回收相關研究，目前已經用主知識產權的碳纖維復合材料廢棄物裂解回收技術，且已經建成了200t/年的中試生產線。目前我國的碳纖維回收與再利用發展水平與發達國家相比還有較大發展空間。



結語



隨著碳纖維使用量的增加，碳纖維的回收與再利用已成為行業內熱點話題;碳纖維的回收與再利用具有環保、節能、減少原料損耗等多重價值，引起世界各國的重視，我國近幾年來頻繁出臺相關支持政策。



目前碳纖維的回收與再利用技術當中僅有高溫熱裂解法實現了工業化，而我國的碳纖維回收與再利用的前沿機構以上海交通大學為代表，其目前還處于中試階段，工業化水平與發達國家還有較大差距。

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