摘要：廢棄的碳纖維不僅造成原料浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，碳纖維的回收和再利用是關(guān)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(guān)政策以及主要的碳纖維回收與再利用技術(shù)，分析了目前我國(guó)碳纖維回收和再利用的發(fā)展現(xiàn)狀。

隨著全球碳纖維行業(yè)的高速發(fā)展，以及碳纖維在風(fēng)電、汽車(chē)、壓力容器、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用，2017年碳纖維的全球需求已達(dá)到8.42萬(wàn)噸。大規(guī)模應(yīng)用的同時(shí)，也產(chǎn)生了碳纖維的回收再利用問(wèn)題，這已成為行業(yè)內(nèi)的熱點(diǎn)話題。

碳纖維的回收和再利用價(jià)值大

碳纖維的廢棄物主要為生產(chǎn)過(guò)程中的廢棄碳纖維和經(jīng)使用過(guò)后報(bào)廢的碳纖維。據(jù)統(tǒng)計(jì)，碳纖維復(fù)合材料(CFRP)的生產(chǎn)過(guò)程中有30%-50%的浪費(fèi)，廢料比遠(yuǎn)高于其他行業(yè)，另外還有達(dá)到使用年限或者發(fā)生事故而報(bào)廢的飛機(jī)、汽車(chē)、風(fēng)電葉片，會(huì)產(chǎn)生大量的CFRP廢棄物。碳纖維的回收再利用，短期內(nèi)能夠解決CFRP制造過(guò)程中廢料的大量堆積，長(zhǎng)期是避免報(bào)廢的飛機(jī)、汽車(chē)、風(fēng)電葉片等巨量涌現(xiàn)給地球環(huán)境帶來(lái)的災(zāi)難。

碳纖維的回收具有多重價(jià)值：首先，回收之后的碳纖維仍具有很好的力學(xué)性能，可應(yīng)用于要求相對(duì)較低的部件，比如航空CFRP的制造中會(huì)產(chǎn)生約30%的邊角料，這些邊角料一般來(lái)自高等碳纖維預(yù)浸料，回收后可以應(yīng)用于飛機(jī)內(nèi)飾、體育用品和電子產(chǎn)品等;其次，碳纖維生產(chǎn)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(shù)脂常規(guī)條件下不溶于溶劑，也無(wú)法自然降解，不回收對(duì)環(huán)境有污染。

2017年，全球碳纖維使用量為8.4萬(wàn)噸，其中報(bào)廢量達(dá)到2.72萬(wàn)噸，按最低價(jià)12萬(wàn)元/噸計(jì)算，報(bào)廢碳纖維價(jià)值32.6億元;我國(guó)碳纖維使用量達(dá)到2.4萬(wàn)噸，其中報(bào)廢量達(dá)到0.44萬(wàn)噸，按最低價(jià)12萬(wàn)元/噸來(lái)計(jì)算，報(bào)廢碳纖維價(jià)值達(dá)到了5.28億元，碳纖維的回收再利用具有廣闊的應(yīng)用前景。

我國(guó)出臺(tái)多項(xiàng)碳纖維回收和再利用相關(guān)政策

近年來(lái)，各國(guó)都出臺(tái)政策支持碳纖維回收與再利用，如歐盟發(fā)布的end-of-life-vehicle(報(bào)廢車(chē)輛指令)，要求2015年后汽車(chē)上95%的材料可以回收利用，碳纖維的回收和再利用已經(jīng)成為一件必須做的事情。我國(guó)政府近幾年來(lái)也頻繁發(fā)布碳纖維回收與再利用的政策(見(jiàn)表1)，顯示了對(duì)碳纖維回收與再利用的重視。

表1 碳纖維回收與再利用相關(guān)政策

(資料來(lái)源：公開(kāi)資料整理)

我國(guó)還未實(shí)現(xiàn)碳纖維回收與再利用的工業(yè)化

從CFRP中回收碳纖維是一項(xiàng)重大的挑戰(zhàn)，難點(diǎn)在于：一是CFRP組成復(fù)雜，由碳纖維、樹(shù)脂基體和填料組成;二是CFRP使用時(shí)與其他材料結(jié)合，如金屬配件、蜂窩結(jié)構(gòu)、混合復(fù)雜材料等，使回收困難;三是大多數(shù)CFRP的基體為熱固性樹(shù)脂，其固有的交聯(lián)性導(dǎo)致復(fù)合材料不能重新熔融塑化。

碳纖維的回收研究始于21世紀(jì)初，目前的技術(shù)已經(jīng)能在報(bào)廢部件和制造過(guò)程回收碳纖維，且回收的碳纖維力學(xué)性能和新生產(chǎn)的碳纖維力學(xué)性能相當(dāng)，碳纖維回收方法主要有化學(xué)法、機(jī)械法和熱解法三大類(lèi)(見(jiàn)表2)。

表2 碳纖維回收方法

(資料來(lái)源：公開(kāi)資料整理)

碳纖維回收能否實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的關(guān)鍵在于：回收成本低、再生碳纖維性能高。目前全球僅有英國(guó)ELG、日本回收碳纖維公司和美國(guó)MIT-RCF公司三家工業(yè)化碳纖維回收公司，均采用高溫?zé)崃呀獍l(fā)回收技術(shù)。國(guó)內(nèi)還未實(shí)現(xiàn)碳纖維回收與再利用的工業(yè)化，上海交通大學(xué)率先開(kāi)展了碳纖維回收相關(guān)研究，目前已經(jīng)用主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的碳纖維復(fù)合材料廢棄物裂解回收技術(shù)，且已經(jīng)建成了200t/年的中試生產(chǎn)線。目前我國(guó)的碳纖維回收與再利用發(fā)展水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大發(fā)展空間。

結(jié)語(yǔ)

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(yè)內(nèi)熱點(diǎn)話題;碳纖維的回收與再利用具有環(huán)保、節(jié)能、減少原料損耗等多重價(jià)值，引起世界各國(guó)的重視，我國(guó)近幾年來(lái)頻繁出臺(tái)相關(guān)支持政策;目前碳纖維的回收與再利用技術(shù)當(dāng)中僅有高溫?zé)崃呀夥▽?shí)現(xiàn)了工業(yè)化，而我國(guó)的碳纖維回收與再利用的前沿機(jī)構(gòu)以上海交通大學(xué)為代表，其目前還處于中試階段，工業(yè)化水平與發(fā)達(dá)國(guó)家還有較大差距。