复合再生料的再生利用

时间：2018-11-23 作者：91再生 来源：91再生网

　　碳纤维增强树脂基复合材料（CarbonFiberReinforcedPolymer，以下简称CFRP）具有轻质、高强度、高比模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计和成型工艺性好等优点，在航空航天、体育器材、风电叶片、建筑补强、交通工具等领域得到了广泛应用。CFRP多采用热固性聚合物（环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂等）作为基体树脂，其固化成型后形成三维交联网状结构，无法再次模塑或加工，难以处理。随着CFRP的应用越来越广泛，废弃的CFRP也越来越多，废弃物的回收利用成为产业界和社会面临的新问题。

 

　　CFRP在制备过程中将产生大约30%的边角废料，而第一代采用碳纤维的部分飞机即将达到25~30年的服务期，越来越多的飞机将进行报废，产生大量CFRP废弃物。废弃的风机叶片、火车、公路车辆、船艇、运动商品中的所有CFRP都会达到寿命终端。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强塑料不同，CFRP中含有大量昂贵的碳纤维，直接将其填埋虽然经济省钱，却浪费了昂贵的碳纤维。面对多重压力，开发低成本、绿色化废弃碳纤维复合材料回收及再利用技术刻不容缓。

 

　　热解是利用高温将复合材料中的树脂分解成有机小分子从而回收碳纤维的方法，依据反应气氛、反应器和加热方式的不同分为热裂解、流化床、真空裂解及微波裂解等方法。热裂解法不使用化学试剂，易于进行工业化放大，也是世界上唯一实现CFRP回收商业化运营的方法。流化床法是指在流化床反应器中通入氧气或空气，反应温度控制在450~550℃使树脂分解，得到的回收碳纤维在气旋作用下流动并与金属分离，树脂分解产生的气体被重新作为燃料补充流化床运转过程中耗费的能量。英国诺丁汉大学的皮克林团队在流化床反应器中回收废弃的纤维复合材料方面做了大量的工作。流化床反应器内的温度比热裂解更均匀，更易控制，它可以处理含污染物较多的废弃CFRP，同时回收的纤维表面没有积炭残留，但纤维长度和力学性能损失严重。

 

　　溶剂法是指利用溶剂和热的共同作用使聚合物中的交联键断裂，分解成低分子量的聚合物或有机小分子溶解在溶剂中，从而将树脂基体和增强体分离。根据反应条件和所用试剂不同，溶剂法可以分为硝酸分解法、氢化分解法、超/亚临界流体分解法、常压溶剂分解法和熔融盐法。

 

　　与玻璃纤维相比，碳纤维具有更高的经济价值，因此废弃CFRP的化学回收过程更具商业吸引力。但是目前CFRP回收利用的商业化仍面临着许多问题。

 

　　废料的收集、分类、处理困难：废弃CFRP的来源与组成复杂，如果不加分类直接处理就会造成产品质量不可控，因此需要加强废料产生厂家与回收处理厂家之间的合作。

 

　　回收碳纤维的质量控制：废料中碳纤维的来源复杂，需要建立相应的分级和评价方法，对回收碳纤维进行正确的成本和性能评估，确定适合的市场。

 

　　回收碳纤维的再应用：回收碳纤维多为短切纤维，利用其导电、导热性能将作为热塑性树脂的填料是其应用的一种，但附加值相对较低。需要研究开发针对回收碳纤维具有更高附加值的产品，提高整个回收过程的经济效益。

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