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碳纤维复合材料回收与再利用研究现状 　　【摘要】随着我国航空、高铁、海上风电及汽车工业等的快速发展，碳纤维及其复合材料的使用量将得到快速增长，废弃物也会随之增加，其回收和再利用将成为迫切需要解决的问题。本文将主要介绍国内外碳纤维复合材料回收和再利用研究现状，并提出了一些发展建议。 　　【关键词】碳纤维复合材料；废弃物；回收；再利用 　　碳纤维复合材料具有重量轻，强度高，模量高，耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、体育休闲、汽车、建筑及桥梁加固等领域。2014年全球碳纤维产量约为10万吨，我国碳纤维产量约3200吨，2015年国内碳纤维需求量将达到1.5万吨[1]。未来中国四大产业――大飞机项目、海上风力发电、汽车轻量化发展及高速铁路，无疑还将带动碳纤维需求的强势增长，然而飞机制件一般寿命为25-28年，风机叶片为20-25年，汽车制件为10-15年，这些产品寿命终结后，其回收再利用将成为非常重要的问题。目前我国碳纤维复合材料仍以热固性树脂基为主，市场占有量90%以上，而热固性树脂基复合材料在自然条件下不可以降解，随着应用量的增加，其污染问题也会日趋严重，当务之急是要开发出大规模、连续化、低成本、低能耗的回收和再利用技术，同时开发可降解的生物基复合材料以及热塑性复合材料，以实现产业的可持续、绿色、低碳发展。 　　1、碳纤维复合材料回收与再利用的必要性 　　碳纤维增强热固性复合材料其树脂基体固化后形成三维交联网状结构，常规条件下不溶于溶剂，也无法自然降解，如果不进行回收处理，将会造成环境污染，并且随着碳纤维用量增加，污染将会越来越严重。欧盟成员国2003年11月通过的废弃车辆（EEEV）指令要求，2015年1月之后生产的每辆汽车的95%必须被再利用或回收。空客公司计划到2020-2025年，制造过程中95%的废弃物能够进入回收渠道，5%的废弃产品能够回收再利用于航空部件[2]。 　　碳纤维生产过程中需要消耗很多能源，因此价格比较昂贵，对其进行回收再利用，一方面可以减少生产新碳纤维所需要的能源消耗，另一方面回收之后的碳纤维仍有很好的力学性能和利用价值，可以利用于要求相对较低的部件。据日本报道生产制造再生短CF能耗仅为新CF的17%，而CO2排放量仅为新CF的14%[3]。回收处理的碳纤维与新碳纤维相比，生产成本相对较低，可以以相对地的价格推向市场，扩大碳纤维的应用领域。因此，碳纤维的回收与再利用有着非常重要的现实意义。 　　2、碳纤维复合材料废弃物回收再利用技术及应用现状 　　碳纤维复合材料废弃物主要来源有两类，一类为生产及成型加工过程中的废弃物，如预浸料不合格品、过期料、边角料、部件不合格品、飞边、测试报废品等，另一类为寿命结束类制品。一些发达国家如德国、英国、美国、日本等等，非常重视碳纤维复合材料回收技术的开发，纷纷组建了专门的研究机构解决这一问题，并进行了一些工业化尝试，取得了不少的成果。例如，如英国Milled Carbon Ltd厂已和波音、空客等建立合作关系，帮他们处理废料。欧洲已组建复合材料回收服务公司（UCRU），解决欧洲复合材料回收和可持续发展问题。英国的回收碳纤维公司（RCF）有2000吨/年的处理能力，已和英国GKN航空公司签订合同回收其废品，近期100吨/年，以后会有30%的年增长率[4]。 　　波音公司与宝马集团近日签署一项合作协议，旨在联合开展关于碳纤维回收的研究，并共享碳纤维材料和制造知识。波音和宝马都是在各自产品上应用碳纤维的先锋。波音787梦想飞机机体的50%由碳纤维材料制成，而宝马则将于2013年在两款车型上采用碳纤维制造乘客舱。对于两家公司而言，复合材料在使用过程中和产品寿命结束后的回收至关重要。 　　碳纤维复合材料回收方法可分为填埋、焚烧、粉碎、分离四种，目前虽然填埋是最便宜的处理选择，但由于碳纤维复合材料不能生物降解，填埋会对环境产生负面影响，因此最终将会被禁止使用。欧盟多数成员国2004年都颁布了法律，禁止复合材料的填埋处理。焚烧作为过去常用的处理方法，其回收方法及设备简单，投入成本少，通过焚烧可以获得能量，但焚烧过程中会释放有毒气体，造成二次污染。为了避免填埋和焚烧等处理方法的缺点，目前开发了一些新的技术，其中通过热分解、溶剂分解以及超临界流体分解等技术进行CF与树脂分离的材料回收方法最具有吸引力。 　　2.1高温热解 　　热裂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。该方法易于进行工业化放大，是目前成功实现商业化运营的方法。英国的Milled Carbon公司在无氧环境下加热碳纤维复合材料至400-500℃，使得树脂分解，其于2003年开始利用热裂解装置回收碳纤维，并形成了年处理2000t碳纤维复合材料的能力，可再生在1200吨