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[交流] 《Composites Part B》主编王浩教授为你全面讲解碳纤维复合材料的回收利用

碳纤维复合材料以其高强轻质给航空航天工业带来了革命性的变化。在今后的几十年我们将看到碳纤维复材的应用被广泛地扩展到其它多个领域，如汽车、轨道交通、风电叶片、压力气瓶、和工程建筑。这一应用上的飞跃将意味着碳纤维复材从高端小批量走向低成本大批量。应运而生的一个关键问题是碳纤维复材的回收，以提取高价值碳纤维的再利用。

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废弃的碳纤维复合材料图片来源：英特力新材

01.
碳纤维复合材料回收的市场前景

目前用于碳纤维回收的复合材料废料主要来源于航空航天，汽车废料，和体育休闲用品。从2019年市场规模发现，就全球回收碳纤维市场的价值和数量而言，航空领域废料市场份额最大。许多碳纤维复合材料回收商依靠航空废料来获取回收碳纤维。

根据Markets and Markets™公司2020年2月发布的2020-2025年全球回收碳纤维市场观察报告，全球回收碳纤维市场规模预计将从2020年的1.09亿美元增长到2025年的1.93亿美元，在预测期内的复合年增长率为12.0％。

02.
碳纤维复合材料回收相关企业

日本：日本早在2006年就开始开发碳纤维再生技术，并成功开发出可控制回收碳纤维(RCF)长度，去除金属杂质，并保持树脂残渣量很低的碳纤维再生技术。主要的日本碳纤维再生公司有东丽、东邦（隶属于帝人集团）、三菱丽阳公司……

德国：德国CFK Valley Recycling、ELG Carbon Fiber公司、德国宝马……

美国：美国Carbon Conversions公司、MIT LLC公司、美国波音公司……

中国：北京化工大学贾晓龙教授团队、南通复源新材料（上海交大杨斌副教授团队）……

03.
碳纤维复合材料回收的应用情况

1. 汽车行业

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回收碳纤维做的汽车门板
图片来源：碳纤维及其复合材料技术

英国ProDrive Composites公司是先进的轻质复合材料的制造商，其应用范围从汽车、赛车、航空航天到国防。该公司一直与英国谢菲尔德大学先进制造研究中心和ELG碳纤维公司合作进行P2T（从初级到第三级）工艺，这是一种使用反应性热塑性树脂制造可回收复合材料组件的新工艺。

Vartega领导的复合材料制造创新研究所也正专注于汽车行业。一项为期两年的技术合作旨在为车辆轻量化应用创建一致的回收碳纤维增强热塑性塑料。

2. 航空航天

随着航空航天行业领域中热塑性复合材料（TPC）应用比例增加，这会给碳纤维复合材料带来了一系列新的回收机会。由于热塑性聚合物可以重塑，因此航空航天工业会有更多机会将其自身的一些废料用到二次应用中，从而有可能重新利用纤维和基体。

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TPC-循环回收路线
图片来源：碳纤维及其复合材料技术

3. 增材制造

增材制造是碳纤维复合材料回收有潜力获得应用的另一个领域。如，Shocker Composites已将其回收碳纤维以20-40％比例对ABS进行增强，并在辛辛那提公司的大面积增材制造（BAAM）3D打印工艺中的成功应用。Vartega表示将利用其碳纤维回收技术和材料开发专业知识来改进用于粉末床熔融添加剂制造的聚合物原料。

4. 碳纤维回收的其他应用

可以探索回收碳纤维的其他市场和应用领域。例如，美国复合材料回收技术中心一直在探索将再生碳纤维应用于各种产品中，从车站长椅到高性能体育用品再到复合材料管材。

04.
碳纤维复合材料回收目前存在问题

1. 处理废物流程的复杂性
“即使是相对清洁的复合材料制造的废水，仍然含有不同的化学成分的树脂和不需要的材料，如纸张或塑料薄膜，而且回收过程必须经过优化，以确保在不损坏纤维的情况下彻底清除这些不需要的材料。

2. 纤维的分类
复合材料行业的发展，已经能够从不同的制造商那里获得各种各样等级的碳纤维。虽然回收过程对纤维的性能影响很小，但在纤维恢复后保留原有纤维的指数是不可取的。

3. 如何实现商业化的发展
这是所有新材料面临的问题：缺乏关于机械性能和加工特征的知识；缺乏大规模的示范应用；证明使用这些材料的经济、技术和环境理由。

为了更好的了解碳纤维复合材料的回收再利用， “2021绿色复合材料论坛”特诚邀《Composites Part B》主编王浩教授莅临本次大会，分享《回收利用是碳纤维复合材料绿色发展的一个关键》的主题报告。报告将阐述目前已发展出来的各种碳纤回收方法，并从技术和市场接受的角度加以评价。另外，报告还将对未来碳纤复材回收技术的发展方向进行分析和展望。

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05.
专家介绍

王浩，《Composites Part B》杂志主编, 澳大利亚南昆士兰大学教授。目前的主要研究领域复合材料、水泥混凝土材料和氢燃料电池。已发表SCI论文350余篇，h-index 72，文章总引用两万次。王浩教授现在还担任爱思唯尔《Nano Materials Science》编辑顾问，《Australian Journal of Mechanical Engineering》编辑。

《Composites Part B》作为复合材料领域的顶级期刊，一直关注并引领这一重要方向。期刊为此专门出版了碳纤复材回收利用的专刊，也发表了多篇这方面综述。

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