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1、碳纤维复合材料的回收和再利用一 :/ frponline .cn2023-03-31 复材在线 保藏该文章目前，碳纤维复合材料的回收再利用问题已经成为越来越热门的话题。该文将从两方面-碳纤维的回收和再利用，对其进呈现状分别进展描述和概括。轻量碳纤维增加塑料CFRP构造是如今市场上大热的复合材料，但更令人关注的问题 是，当这种时下流行的碳纤维复合材料最终到达其使用寿命后，将会被怎样处置？目前，全 球丝束碳纤维每年的产量已经超过 2.7 万吨。与廉价的玻璃纤维增加塑料GRP的所实行的处置方式不同，考虑到碳纤维热固性塑料不行降解的特点，及其带来的安康和安全风险， 因此，不管是将其磨成粉末，或是送到垃
2、圾场填埋，亦或是实行燃烧的方法在目前看来都不 能凑效。不容无视的是，高档长碳纤维是一种具有很高价值的商品，平均每制备 1 吨这种产品就需要至少耗资 1 万英镑，因此，碳纤维的回收及循环再造的方式必需意味着能够供给具有价格竞争力的材料，同时具有微创受损的机械性能和良好的外表化学性能。换句话说，碳纤维 的回收及循环再造是一种能够把环氧树脂从碳纤维上分别开来，同时保证大局部原纤维的特性不受损坏的方式。目前该领域的争辩已经初现成果，比方增加塑料Reinforced Plastics在一份报告中对高温分解法进展了阐述，即环氧树脂在低氧燃烧过程中被高温降解，现在这项技术已经被有名的英国碳纤维回收商-Mil
3、led Carbon 所承受。另有争辩迹象说明，微波辐射可帮助提高碳纤维的再生率。还有争辩制造了流化床法Fluidised bed method，预分散的废料被流经它下方的高温约550液体或气体流化，随后进展热解和氧化，并最终逐步将其组成局部分别开来。虽然上述方法可以到达分别环氧树脂的目的，但不能抑制的障碍 是导致纤维缩短，或者一些纤维特性的退化。但是，尽管英国诺丁汉大学University of Nottingham的争辩人员推出一个系统， 证明在小规模上能将高模量长碳纤维恢复到近乎原始的状态，进而可重用于制备重要材料 构造。并且，依据史蒂夫.皮克林博士带着的诺丁汉大学工学部争辩小组的试验结
4、果显示， 已经通过化学方法将环氧基降解了。但其实，该试验方法本身并不是一个方法，由于已经 不乏有其他争辩人员尝试使用各种试剂包括强有机溶剂，和硝酸试剂等，但大局部试剂的化学浓度都偏强，甚至有的还是有毒化学品。而英国诺丁汉大学争辩小组能够找出既便于 处理，并且很有效的溶剂，使分别后的碳纤维保存了几乎全部的原始强度和刚度。同时，该 方法还可以从经过热解和流化床分解后回收的环氧树脂中进一步提取出有用的化学物质。可 以说目前很少或几乎没有类似的方法，环氧树脂基一般都实行燃烧处理方式。碳纤维复合材料的回收和再利用二 :/ frponline .cn2023-04-02 复材在线 保藏该文章诺丁汉大学争辩
5、团队成功利用超临界丙醇流体不仅到达高质量回收碳纤维的目的，而且能将环氧树脂进一步分解为有用的化学物质，一举两得。诺丁汉大学争辩团队的突破在于成功利用超临界流体的溶解力，并证明在其他行业一样行之有效。争辩人员对超临界水，二氧化碳和一系列有机溶剂包括乙醇，甲醇和丙酮进展 试验后，才将将目光锁定丙醇。丙醇是一种本钱合理的短链醇，在常规状态下表现出良好的 性能。醇这种物质格外好玩，由于尽管在高温200-450 C的条件下，它们也只需要适度的压力约 2-7 兆帕就能到达超临界点。正因如此，醇要比水更便利利用，水需要在22.1 MPa 的压力和 374 C 的温度条件下才能到达临界点。然而乙醇和甲醇虽然能
6、够有效溶解玻璃纤维复合材料中的聚酯树脂，但对环氧树脂的溶解效果欠佳，而丙醇则可成功地分解环氧树脂。争辩小组分别用堆状和半连续反响堆碳纤维复合材料废料小样做试验，测试超临界丙醇对各自的影响，收到的结果令人满足。环氧基被降解了，留下了干净且连续的碳纤维。试验说明，即使是在树脂完全脱离的状况下，碳纤维几乎像的一样没有任何明显的损害，保存了其原有的强度和刚度高达 99，经回收后的纤维的重量与原纤维几乎相当，并且与的基体材料表现出良好的外表化学特征。而树脂成分则被分解为以苯酚为主的低分子量碳氢化合物，该材料的应用潜力也格外看好。在随后对加工程序的优化过程中，诺丁汉试验人员认为温度是最关键的变量，之后才是
7、 压力和流量条件。他们觉察，因温度因素而增加的流程本钱，可以通过使用碱催化剂削减。可以使用半连续流系统，外加催化剂关心来到达加速聚合过程的目的。目前已经建立的一个 测试系列：当温度为 350时，并实行氢氧化钾KOH做催化剂，大约 98的树脂可以被剥离。假设温度降低到 275，树脂剥离率则略有所下降到大约96.5左右。史蒂夫.皮克林在评价该试验结果时说：“虽然至今只能在试验室的试管规模上呈现这 一技术，但我们认为初步结果格外乐观。用超临界丙醇有很多潜在的好处：反响发生的温度 和压力在可控范围内；回收的纤维在最大程度上保存的原始纤维的特性，同时还能将树脂基 进一步分解成有用的化学物质。我们下一步期
8、望能扩大加工规模，一次能处理几公斤的纤维， 而不是仅仅几克。”另外，还有其他方面需要进一步探究。或许目前还言之过早，例如，聚丙烯腈PAN 碳纤维的回收过程，是否对沥青纤维同样有效，虽然皮克林称，还找不出不行以的理由；另外，对固化/未固化材料约40的未固化长纤维预浸渍材料的分别试验均证明成功，但 尚未对夹芯构造或粘结构造样品进展测试。据诺丁汉大学争辩人员调查，流化床作为回收的另一主要手段，对混合材料的回收也同 样有效，因此，皮克林认为下一步很期望看到超临界流体回收也能同样应用广泛。此外，他 还期望进一步了解这一回收方式或它的衍生物，如何与其他的化学树脂物质匹配，包括乙烯 基酯，酚类，双马来酰亚胺
9、和热塑性塑料。而至于如何消退复合材料中的其他次要成分，诸如膨胀填料加三水氧化铝ATH，以及其他耐火添加剂则可能需要进一步的分别过程。碳纤维复合材料的回收和再利用三 :/ frponline .cn2023-04-07 复材在线 保藏该文章随着碳纤维复合材料的回收和再利用问题已经成为越来越热门的话题。该局部将主要从碳纤维的再利用角度进展描述和概括。从碳纤维中回收高价值复合材料方案称为HIRECAR的工作至今已进展到一个阶段， 该方案旨在设法将回收的碳复合材料应用于汽车制造和其他用途。截至去年，这个为期三年 的工程分别由英国诺丁汉大学Nottingham University，和其他材料供给商包括
10、先进复合材料集团ACG，陶氏化学汽车Dow Automotive，福特汽车公司Ford Motor Com pany，纤维加工公司技术纤维产品和碳纤维生产商东宝滕克斯Toho Tenax Gm bH参与研发。该争辩现正进入另一个称为 AFRECAR负担得起的再生碳纤维打算的阶段。诺丁汉大学再次领军此次科研任务，并与ACG，福特，光纤产品和技术东宝滕克斯，碳碎粒 回收商recycler Milled Carbon公司和飞机制造商波音公司开放合作。波音的参加对于复合材料在最一代飞机构造上的应用具有特别的意义。如今，一代飞机机身承受碳纤维的重量比例已经到达约50波音 787，A350 宽体飞机的JS
11、F 等， 据估量该比例还将进一步上升。当有一天成千上万的复合材料飞机到达的使用寿命约25- 30 年后，而此时有效回收系统和供给链仍旧不到位的话，复合材料的处置将会成为一个严峻的问题。波音民用飞机集团环境战略部总经理比利.格洛弗评价说：“这个工程将为复合材料的最终回收解决方案供给重要的技术支持。 波音对环境的承诺反映在我们乐观的参与综合回收的行动中。我们将连续与业界领先的技术开发和回收团队合作，逐步实现环保飞机的生产和废料在循环利用。”诺丁汉团队的主要争辩人员包括尼克.沃瑞尔教授，爱德.列斯特博士和史蒂夫.皮克林博士，其中后两位将成为后续工程的领军人。工程资金90 万英镑是由英国技术战略委员会
12、Technology Strategy Board供给，技术战略委员会是由英国政府资助的创，科研和技能部门DIUS赞助。AFRECAR 方案的目的不仅是要成功的建立一个试验室规模的制备过程，还要进一步扩大，使其到达能供给一些有价值的再生碳的目的，此外，更重要的是去觉察和开发碳的用途。该方案还将探究回收环氧酚及其他碳氢化合物的经济价值，和这些材料是否可以作为化学原 料被重使用。查找和培育回收市场是建立一个整体可行的回收解决方案的关键。据尼克.沃瑞尔教授介绍， HIRECAR 方案及相关活动的重点是将回收的碳纤维用于制造规模较小的块状模塑料BMC 非承重部件，以及用于制造用聚合物将碳纤维卷起来的片
13、状模塑料SMC。BMC 和SMC 广 泛用于汽车制造业。除此之外，再生碳纤维也正在很多其他领域进展应用测试，如轮胎，工业注塑模具及体育用品，如滑板。航空设备供给商也正在乐观推动将碳纤维用于制造飞机行 李箱和餐厨用推车等产品上。此外，再生碳纤维用于制造汽车制动器也成为受英国政府资助 的 ReBrake 重点方案，其中 Milled Carbon 公司是该方案的重要参与者。植绒纤维可用于制造导电基板，过滤介质和室内设计装饰。短纤维用于建筑领域可以帮助提高混凝土的强度和 耐久性。超临界流体回收方法最明显的好处是，它可以在最大程度上恢复碳纤维的原始属性，保存最大的利用价值，从而使其适用于其他级别较高的
14、用途，包括结实的工程构造件，汽车地板盘，和二级飞机构造件。超临界流体回收方法能够在压力状态下到达恢复长纤维，并将其对齐的目的，这就是为什么再生纤维适合用于制备承重机构件的关键因素。先进复合材料集团ACG技术总监埃比.沙希迪博士指出：“假设再生碳纤维材料能够具备与原始纤维相当的性能和本钱水平，被进一步纺成连续纱的话，它的应用将会被快速扩大到汽车或其他对于部件的重量要求较高的领域。最典型的应用领域包括汽车如轻量车身板，底盘，船舶，航空航天等行业以及其他行业。”英国科技创打算FibreCycle，是一个关于再循环利用的建议，旨在提倡将碳纤维再生并转化为制造细纱或短纤维。据史蒂夫.皮克林估量，使用这种
15、纱线和丝束制造出来的预浸料材料具有较高的纤维体积分数，因此是在强度和刚度性能方面具备精彩表现的材料。特别是技术型纤维产品将涉及这一方面的内容。由此看来，英国有可能将在此项技术争辩领域处于世界领先地位。虽然有一局部相关工作被认为是由日本主持，但具体细节目前还无法得知，而美国回收技术专家Adherent Technologies 公司声称也有一个类似的争辩工程，但同样也无法进展过多的细节描述。史蒂夫. 皮克林对前景还是布满乐观的。他称：“将来看起来很有期望，随着行业需求碳复合材料的产量将到达成千上万吨，这将不仅具有良好的环境意义，同时随着其可回收率的提高，经济价值也会得到彰显。”事实上不管在任何状况下，由环境推动的立法需求，都将坚持对材料可回收性能的一再强调。能够获得高级别的再生产品将转变这一切，它将极大地扩大可回收市场，还将可能从整体上扩大碳复合材料市场。例如，假设立法委员会坚持强调将来的汽车必需到达80%的可回收率的话，汽车制造商会削减由于使用轻量复合材料使用带来的后果的担忧，由于有效 的回收手段将能到达清洁环保，同时本钱高效的双重目的。关心全球复合材料的人们，将无 疑对 AFRECAR 方案将来的进展保持关注的目光。