碳纤维复合材料废弃物回收和再利用技术发展

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1、碳纤维复合材料废弃物回收和再利用技术发展摘要：本文主要介绍了国外一些大学、科研院所和企业在碳纤维增强塑料(CFRP)和碳纤维回收再利用领域最新的技术研究进展，并对我国今后在该领域的发展提出了建议。关键词：碳纤维增强塑料；再生碳纤维；回收再生技术中图分类号：TQ342+.74文献标志码：ATechnologyDevelopmentofRecovery&ReuseofCarbonFiberCompositeAbstract：ThecurrentR&Dsituationofrecyclingcarbonfiberreinfo

2、rcedplastic(CFRP)wasteswasillustratedinthisaxticle,intermsofseveralrelativetechnologiesandprocessesintroducedbyuniversities；researchinstitutesandcompaniesabroad・Furthennore，somesuggestionsonhowtodevelopdomestictechnologiesofrecyclingcarbonfibersfromCFRPwastesand

3、reusethemwereputforward・Keywords:carbonfiberreinforcedplastic(CFRP)；reusedcarbonfiber；recyclingtechnology1前言所谓碳纤维复合材料废弃物的回收再生或再利用主要是针对碳纤维增强塑料（CFRP）而言，因为根据调查它已占碳纤维市场的90%以上，随着CFRP在航空航天、大型风电叶片、土木建筑、新能源和清洁能源（电池部件、压缩天然气和氢气瓶、太阳能柜架）、汽车、传统能源（油井抽油杆、海上油田平台、煤矿刮板机）、高铁和货物列车、

4、船舶、日用电器、机械及体育用品等领域应用的迅速扩大，其废弃物的回收再利用技术的开发和产业化已迫在眉睫。其中碳纤维增强热塑性树脂（CFRTP）可通过制成切片再利用，而碳纤维增强热固性树脂的回收是有难度的。CFRP的碳纤维回收技术始于本世纪初，要取得稳定的回收材料并不容易。目前除利用熔矿炉的热源进行热再生已实用化外，面向混凝土补强材料的碳纤维回收也进入实用化阶段。然而，为满足人们对构筑循环型社会的迫切期待，需研发出高水平的碳纤维回收技术。以下分别介绍近年来一些大学、科研院所和企业在碳纤维复合材料回收方面的技术开发现状。2全

5、球主要碳纤维回收企业及其技术介绍2.1东丽、东邦Tenax和三菱丽阳公司据统计，目前东丽、东邦Tenax和三菱丽阳这3家日本顶级的聚丙烯惰基碳纤维（PAN-CF）企业的碳纤维产量占据全球小丝束PAN-CF的70%左右，产品分别应用于飞机、汽车等一般产业和体育休闲用品中，随着其废弃物的日益增多，必须联合开发回收技术。另一方面，在碳纤维的生产过程中，会排放出温室效应气体(C02),需通过扩大CFRP的应用领域来实现更多的节能减排。为此，当务之急是尽快确立CFRP的回收技术。关于碳纤维再生技术的开发，早在2006年日本通产省

6、就通过其补助的“碳纤维再生技术的实证研究开发”课题在福冈县大牟田市内建设了中试厂，自2009年起得到了福冈县和大牟田市的资助，从而可作为碳纤维协会的活动内容，并积极从事基础技术开发。通过研究，取得了可控制所回收碳纤维长度、并可除去金属杂质和树脂残渣量低的再生碳纤维技术，从而达到了碳纤维协会的开发目标，并于2013年底终止了协会活动。为此由上述3家PAN-CF企业接力，设立了“碳纤维再生技术开发组合”，以进一步深化该回收技术，以期实现产业化。JFCC与大同大学等的共同研究组合，找到了由CFRP废材回收碳纤维并可大幅提高与

7、树脂粘合性的再生技术，无需使用上浆剂，从而实现了高效和低成本的回收再生。以往由于碳纤维与树脂的粘合性差，通常需要通过氧化剂刻蚀处理后，再于碳纤维表面涂覆上浆剂(集束剂)方能使用，而其他由废CFRP回收碳纤维的技术，也需要进行再生碳纤维的表面处理，造成成本较高。而JFCC的方法由于经过含氮气的过热蒸汽处理，得到了双重效果，即过热蒸汽处理使碳纤维表面的酸度增加了，且表面增加了氢氧基，使之与树脂的吸附活性点增加，而添加氮气使碳纤维表面的碱度上升，使之与树脂的粘合性大增，而且随着处理温度的上升，碳纤维与树脂的粘合性也提高，在7

8、00°C以上进行处理时，可以达到与市售的经上浆剂处理的碳纤维同等的粘合水平。目前JFCC已销售该热处理设备。2.3碳纤维再生工业公司位于日本岐阜县美浓加茂市的碳纤维再生工业公司(CFRI)创立了热解法由废CFRP回收碳纤维的独有技术，其特点是以废料燃烧时所产生的热分解气作为碳纤维回收工程的热源，从而可比以往的方法节约6成的能源，而