五通桥碳纤维材料的回收利用现状，碳纤维材料回收利用现状，挑战与机遇

维材料回收利用现状呈现出多方面特点，全球及中国碳纤维产能持续增长，2023年全球产能达29.0万吨/年，国内运行产能为14.08万吨，产量逐年上涨，市场需求在航空航天、风电叶片、汽车制造等领域持续扩大，市场规模不断攀升，但与此同时，2024年国内碳纤维表观消费量同比下降5.41%，一定程度上反映出供需结构的变化。

一、碳纤维回收利用的背景

五通桥碳纤维在航空航天、汽车、建筑、体育器材等诸多领域广泛应用，但在其使用过程中的裁剪、切削以及零部件的老化、毁损等情况会产生大量废旧碳纤维。随着碳纤维复合材料的广泛应用，回收利用已成为行业关注的热点，这有助于解决资源浪费和环境污染等问题，并且能在一定程度上填补碳纤维供需空缺，因为大约有30%的碳纤维最终成为废料，未来几年碳纤维的年需求量可能超过目前的年产量。

二、碳纤维回收利用技术

（一）高温热解法

• 商业化情况：这是当今唯一已经实现商业化运营的碳纤维增强复合材料的回收方法。例如日本在福冈县兴建的中试厂，每年可处理碳纤维复合材料废弃物60t；英国的MilledCarbonFiberLtd.从2003年开始回收加工碳纤维复合材料，是全球首家商业运营的专业回收公司，利用一套长达37m的热分解设备，每年大约可处理2000t的废弃碳纤维复合材料，所生产的再生碳纤维的产量为1200t。意大利、美国、丹麦、德国等国家也都有相关的高温热解工艺研究与应用成果。
• 工艺过程及产物：在高温下使复合材料进行降解，以得到表面干净的碳纤维，同时还可以回收部分有机液体燃料。在无氧状态下加热碳纤维复合材料废弃物，保持温度在400 - 500°C之间，得到的清洁碳纤维可具有90% - 95%原始纤维的力学性能，分解出的热解气或热解油也可用作热分解的加热能量。不过，碳纤维由于受到高温和表面氧化等作用，力学性能降低的幅度比较大，这将使碳纤维的再利用受到一定的影响。

（二）流化床热分解法

• 工艺原理：这是一种采用高温的空气热流对碳纤维复合材料进行高温热分解的碳纤维回收方法，通常采用旋风分离器来获得填料颗粒和表面干净的碳纤维。
• 研究成果与影响：英国诺丁汉大学对于流化床热分解工艺方法进行了系统研究，结果表明这种方法特别适用于那些含有其他混合物及污染物碳纤维复合材料报废零部件的回收和利用。大量试验研究结果表明，流化床分解法受高温、砂粒磨损等影响，导致碳纤维长度变短和碳纤维力学性能下降，影响所回收碳纤维的实际应用范围。如在流化温度500°C、流化速率1m/s、流化时间10min试验条件下，碳纤维原始表面上的羟基(-OH)转变为氧化程度更高些的羰基(-C = O)和羧基(-COOH)；在温度450°C的流化热流，速率为1m/s、流化床上砂粒的平均粒度为0.85mm的条件下回收得到的碳纤维长度为5.9 - 9.5mm，拉伸强度约为原纤维的75%，而弹性模量基本上没有变化。

（三）超/亚临界流体法

• 工艺原理：当液体的温度及压力处于临界点或临界点的附近时，液体的各种性质发生急剧变化，人们利用超/亚临界液体对高分子材料的独特溶解性能来分解碳纤维复合材料，以最大限度地保留碳纤维的原始性能的前提下，获得到干净的碳纤维。
• 研究成果：例如PineroHemanzR等研究了在超临界水中碳纤维增强环氧树脂复合材料的分解过程，在673K、28MPa下经30min反应，环氧树脂的分解率为79.3%，当加入氢氧化钾(KOH)催化剂，环氧树脂的分解率达到95.3%，而且所得到的碳纤维的拉伸强度能够保持为原始纤维的90% - 98%。

（四）机械回收法

• 工艺原理：利用高温(500 - 1200°C)使碳纤维复合材料分解，产生气体、液体和固体产物，释放出可回收的纤维和热解产物，例如石墨、焦油和气体。
• 优缺点：适用于处理废弃碳纤维复合材料，但需要额外的能耗和尾气处理。

（五）溶剂法

• 工艺原理：使用有机溶剂(例如丙酮、甲苯)溶解碳纤维复合材料中的基体材料，溶解后的基体通过过滤或蒸发去除，留下碳纤维。
• 考虑因素：适用于回收高价值的碳纤维，但溶剂的成本和环境影响需要考虑。

（六）微波裂解法

• 工艺原理：利用微波能量对碳纤维复合材料进行加热和裂解，微波场会产生局部高温，导致基体材料分解和碳纤维释放。
• 工艺要求：能耗较低，但需要特殊的微波设备和处理技术。

（七）物理方法

• 碾碎法：通过高速旋转的粉碎机将废旧碳纤维粉碎，再通过筛分机将碳纤维粉末分离出来。该方法适用于碳纤维含量较高的碳纤维复合材料。

  五通桥

• 氧化烧蚀法：通过将碳纤维在高温高氧环境下进行烧蚀，使其被氧化分解，从而得到氧化碳纤维和无机氧化物。该方法适用于碳纤维含量较低的复合材料。

三、碳纤维回收利用面临的挑战

• 五通桥行业发展阶段：复合材料回收产业相对年轻，对于源自回收材料的再生碳纤维而言，仍处在市场开发的早期阶段。

• 质量信心与成本可用性：随着市场对回收厂商生产的纤维质量信心的增加，成本和可用性的问题被提上议事日程。

• 供应链安全：对供应链安全性的关注，是该行业面临的最大挑战。技术虽然存在，但供应链还没有得到审核，没有合适组合的情况下，即使有最好的技术，也不能继续获得可回收的材料，也不会有任何产品可以使用再生纤维。

  五通桥

四、碳纤维回收利用的商业合作与发展前景

• 商业合作方面：商业供应商通常将航空工业看作是获取生产废料的来源，并将使用寿命结束后的材料用作回收材料。例如2018年12月，波音公司宣布，其将为英国ELG碳纤维有限公司供应固化的和未固化的碳纤维废料，以将其回收重新用于生产其他复合材料制造中使用的二次产品，这是碳纤维回收企业与主流的飞机OEM之间确立的第一个正式的材料供应关系，这对行业发展是个好兆头。
• 发展前景方面：一些分析家估计到2022年碳纤维需求可能超过供给大约24000t，而回收和再利用的材料可以作为解决这一供需缺口的潜在方案，所以碳纤维回收利用有着较好的发展前景，但仍需要克服诸多挑战。

碳纤维回收成本与经济效益分析

碳纤维回收产业链的构建难点

五通桥碳纤维回收利用的环保效益评估