碳纖維復(fù)合材料循環(huán)利用的重要意義

“新材料之王”碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用廣泛。然而其復(fù)合材料廢棄物中的碳纖維卻極難回收再利用。本期我們專訪上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院副教授、SAMPE中國(guó)“復(fù)合材料回收再利用專委會(huì)”秘書長(zhǎng)楊斌女士，與我們一起聊聊回收碳纖維材料的應(yīng)用與未來(lái)。

強(qiáng)度高、超輕、耐高溫高壓的碳纖維復(fù)合材料被喻為“新材料之王”。然而其復(fù)合材料廢棄物中的碳纖維卻極難回收再利用。上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院成功開發(fā)了國(guó)內(nèi)第一項(xiàng)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的碳纖維復(fù)合材料廢棄物新型裂解回收技術(shù)和裝備，并已達(dá)到具有國(guó)際水平的規(guī)模化生產(chǎn)能力，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的空白。

大規(guī)模應(yīng)用的另一面，是碳纖維材料的廢棄物處理問(wèn)題。“昂貴的碳纖維廢料被回收和再利用可以減少價(jià)值損失，并且可以最大限度地提高碳纖維的環(huán)境效益。”楊教授表示。

“首先，碳纖維報(bào)廢量很大，制造過(guò)程中的報(bào)廢率通常在30%-50%。比如，用于航空業(yè)的材料報(bào)廢率通常為30%。這些原料大多來(lái)自高等級(jí)預(yù)浸碳纖維，回收碳纖維可以再應(yīng)用于飛機(jī)內(nèi)飾、汽車應(yīng)用、消費(fèi)電子產(chǎn)品和體育用品中，為下游的消費(fèi)者提供更便宜的碳纖維產(chǎn)品。

其次是廢料處理困難，碳纖維復(fù)合材料主要由碳纖維和熱固性樹脂復(fù)合而成，具有不溶不熔的特性，通過(guò)掩埋或者焚燒方法處理，既污染環(huán)境、也造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，已被法律所禁止。

第三，碳纖維本身具有很高的價(jià)值，其本身的生產(chǎn)過(guò)制造能耗高達(dá)286MJ/kg，是鋼的6.4倍，如果不能很好的回收利用，將是嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。”

2017年，我國(guó)碳纖維使用量2.4萬(wàn)噸，其中，報(bào)廢量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。2017年全球碳纖維使用量為8.4萬(wàn)噸，其中，報(bào)廢量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。每100千克航空碳纖維復(fù)合材料廢棄物中，就有大約60～70千克的碳纖維，這些碳纖維仍然具有極高的再利用價(jià)值，其力學(xué)強(qiáng)度有85%以上的保持率、而電、磁、熱性能幾乎與原有碳纖維相當(dāng)，可用來(lái)重新制備高性能復(fù)合材料。

此外，碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用市場(chǎng)正處于迅速發(fā)展時(shí)期，需求年增長(zhǎng)率超過(guò)了12%，且供不應(yīng)求。“尋找碳纖維復(fù)合材料廢棄物的回收并重新利用方式，對(duì)保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。”楊教授說(shuō)。