摘要：廢棄的碳纖維不僅造成原料浪費，還會對環(huán)境產(chǎn)生污染，碳纖維的回收和再利用是關鍵的解決途徑。本文主要介紹了碳纖維的回收再利用的意義、碳纖維回收的相關政策以及主要的碳纖維回收與再利用技術，分析了目前我國碳纖維回收和再利用的發(fā)展現(xiàn)狀。

隨著全球碳纖維行業(yè)的高速發(fā)展，以及碳纖維在風電、汽車、壓力容器、航空航天等工業(yè)領域得到大規(guī)模應用，2017年碳纖維的全球需求已達到8.42萬噸。大規(guī)模應用的同時，也產(chǎn)生了碳纖維的回收再利用問題，這已成為行業(yè)內(nèi)的熱點話題。

碳纖維的回收和再利用價值大

碳纖維的廢棄物主要為生產(chǎn)過程中的廢棄碳纖維和經(jīng)使用過后報廢的碳纖維。據(jù)統(tǒng)計，碳纖維復合材料(CFRP)的生產(chǎn)過程中有30%-50%的浪費，廢料比遠高于其他行業(yè)，另外還有達到使用年限或者發(fā)生事故而報廢的飛機、汽車、風電葉片，會產(chǎn)生大量的CFRP廢棄物。碳纖維的回收再利用，短期內(nèi)能夠解決CFRP制造過程中廢料的大量堆積，長期是避免報廢的飛機、汽車、風電葉片等巨量涌現(xiàn)給地球環(huán)境帶來的災難。

碳纖維的回收具有多重價值：首先，回收之后的碳纖維仍具有很好的力學性能，可應用于要求相對較低的部件，比如航空CFRP的制造中會產(chǎn)生約30%的邊角料，這些邊角料一般來自高等碳纖維預浸料，回收后可以應用于飛機內(nèi)飾、體育用品和電子產(chǎn)品等;其次，碳纖維生產(chǎn)消耗較多能源，回收再利用可以減少能源消耗;再次，CFRP中的熱固性樹脂常規(guī)條件下不溶于溶劑，也無法自然降解，不回收對環(huán)境有污染。

2017年，全球碳纖維使用量為8.4萬噸，其中報廢量達到2.72萬噸，按最低價12萬元/噸計算，報廢碳纖維價值32.6億元;我國碳纖維使用量達到2.4萬噸，其中報廢量達到0.44萬噸，按最低價12萬元/噸來計算，報廢碳纖維價值達到了5.28億元，碳纖維的回收再利用具有廣闊的應用前景。

我國出臺多項碳纖維回收和再利用相關政策

近年來，各國都出臺政策支持碳纖維回收與再利用，如歐盟發(fā)布的end-of-life-vehicle(報廢車輛指令)，要求2015年后汽車上95%的材料可以回收利用，碳纖維的回收和再利用已經(jīng)成為一件必須做的事情。我國政府近幾年來也頻繁發(fā)布碳纖維回收與再利用的政策(見表1)，顯示了對碳纖維回收與再利用的重視。

表1 碳纖維回收與再利用相關政策

(資料來源：公開資料整理)

我國還未實現(xiàn)碳纖維回收與再利用的工業(yè)化

從CFRP中回收碳纖維是一項重大的挑戰(zhàn)，難點在于：一是CFRP組成復雜，由碳纖維、樹脂基體和填料組成;二是CFRP使用時與其他材料結合，如金屬配件、蜂窩結構、混合復雜材料等，使回收困難;三是大多數(shù)CFRP的基體為熱固性樹脂，其固有的交聯(lián)性導致復合材料不能重新熔融塑化。

碳纖維的回收研究始于21世紀初，目前的技術已經(jīng)能在報廢部件和制造過程回收碳纖維，且回收的碳纖維力學性能和新生產(chǎn)的碳纖維力學性能相當，碳纖維回收方法主要有化學法、機械法和熱解法三大類(見表2)。

表2 碳纖維回收方法

(資料來源：公開資料整理)

碳纖維回收能否實現(xiàn)工業(yè)化的關鍵在于：回收成本低、再生碳纖維性能高。目前全球僅有英國ELG、日本回收碳纖維公司和美國MIT-RCF公司三家工業(yè)化碳纖維回收公司，均采用高溫熱裂解發(fā)回收技術。國內(nèi)還未實現(xiàn)碳纖維回收與再利用的工業(yè)化，上海交通大學率先開展了碳纖維回收相關研究，目前已經(jīng)用主知識產(chǎn)權的碳纖維復合材料廢棄物裂解回收技術，且已經(jīng)建成了200t/年的中試生產(chǎn)線。目前我國的碳纖維回收與再利用發(fā)展水平與發(fā)達國家相比還有較大發(fā)展空間。

結語

隨著碳纖維使用量的增加，碳纖維的回收與再利用已成為行業(yè)內(nèi)熱點話題;碳纖維的回收與再利用具有環(huán)保、節(jié)能、減少原料損耗等多重價值，引起世界各國的重視，我國近幾年來頻繁出臺相關支持政策;目前碳纖維的回收與再利用技術當中僅有高溫熱裂解法實現(xiàn)了工業(yè)化，而我國的碳纖維回收與再利用的前沿機構以上海交通大學為代表，其目前還處于中試階段，工業(yè)化水平與發(fā)達國家還有較大差距。