碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用優(yōu)勢在于輕量化、高強(qiáng)度、高模量、耐腐蝕、耐高溫等，這些優(yōu)勢與航空航天等領(lǐng)域的需求較為匹配。我國是新千年后航空航天領(lǐng)域發(fā)展最為迅速的國家之一，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用需求急劇上升，目前中低端碳纖維基本實(shí)現(xiàn)自給自足，但高端碳纖維及復(fù)合材料的缺口仍然巨大。隨著碳纖維技術(shù)的進(jìn)步，熱塑性碳纖維逐步進(jìn)入視野，這是一種可重塑且可回收的新型復(fù)合材料類型，是碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的另一個重要方向。智上新材以碳纖維復(fù)合材料回收為入口，結(jié)合當(dāng)下主流的回收處理方式，進(jìn)行較為詳細(xì)的解析介紹。
　　
 
　　碳纖維復(fù)合材料的回收處理方式解析
　　
　　1、機(jī)械加工處理方式：
　　
　　機(jī)械回收加工處理通常分多個步驟，將碳纖維復(fù)合材料廢料粉碎至50-100mm尺寸，再研磨或銑削至50μm-10mm尺寸，利用旋風(fēng)分離機(jī)、之字形空氣分級機(jī)等設(shè)備將之分離成不同尺寸規(guī)格，回收粉末狀復(fù)合材料和纖維狀碳絲。其中富含樹脂的粉末通過作為填料使用，可應(yīng)用道路建設(shè)等行業(yè)；碳纖維部分仍然可作為增強(qiáng)體材料使用，只是纖維尺寸較短，保留的機(jī)械性能有限，可能與新基體的粘合效果較差，最終導(dǎo)致新的復(fù)合材料的整體性能下降明顯，甚至低于50%。
　　
 
　　2、熱處理方式：
　　
　　熱加工意味著通過熱能處理揮發(fā)去除復(fù)合材料中的樹脂，最終回收可用的碳纖維部分，在處理過程中會產(chǎn)生氣體、液體或無機(jī)物等副產(chǎn)品，這些副產(chǎn)品往往沒有利用價值，而且很可能造成環(huán)境污染。目前熱處理方式有幾個不同的方向，分別是水泥窯燃料、熱降解、流化床氧化和微波輔助熱降解。
　　
　　a、水泥窯燃料：將碳纖維復(fù)合材料作為水泥行業(yè)加工流程中的燃料，經(jīng)過粉碎步驟后，引入水泥窯中進(jìn)行充分的燃燒處理。復(fù)合材料廢料中的有機(jī)部分會產(chǎn)生熱能供給給烘箱，而礦物質(zhì)部分則進(jìn)入熟料的成分。這種方式可以實(shí)現(xiàn)較大程度的材料回收和能量回收，但回收的碳纖維無法直接作為增強(qiáng)體再次直接使用。
　　
 
　　b、熱降解：熱降解是目前使用的最多的一種熱處理方式，復(fù)合材料廢料在無氧環(huán)境下經(jīng)過高溫處理（溫度通常為450~700℃），降解基體的同時，分離出碳纖維。降解過程中會產(chǎn)生一定的固體殘留和氣體，可作為燃料使用。熱降解可以回收長纖維和連續(xù)纖維的復(fù)合材料，可以在降解后引入空氣對表面碳污染的長纖維進(jìn)行氧化處理，分理出完整的纖維部分。該處理方式會在碳纖維表面形成富氧環(huán)境，為后續(xù)再利用時與新基體粘合時提供幫助。
　　
 
　　c、流化床氧化：將復(fù)合材料廢料粉碎至6-20mm尺寸后，放入金屬網(wǎng)上的硅砂床中，暴露于熱且富氧的氣流中，并在其中發(fā)生燃燒，其中樹脂將分解成氧化分子，纖維絲得以較好的保留，同時被氣流帶走。燃燒中產(chǎn)生較重的顆粒會沉入硅砂床中，該處理方式對于具有涂漆表面、泡沫芯或金屬嵌件的受污染的報廢產(chǎn)品來說是一個巨大的優(yōu)勢。旋風(fēng)分離機(jī)可以回收長度5-10mm的碳纖維絲，基體部分因為完全氧化而極少發(fā)生殘留，不影響碳纖維絲的后續(xù)使用。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗，發(fā)現(xiàn)在550°C下處理時，碳纖維含量損失最少，僅為25%，且具有與新基體粘合的良好潛力。
　　
　　d、微波輔助熱降解：微波技術(shù)在于使用波長介于0.01m和1m之間的電磁輻，微波可以分解為兩個垂直分量：電場和磁場。同熱降解方式比較起來，微博輔助熱降解的熱量是直接從內(nèi)部加熱材料，從而實(shí)現(xiàn)更快的熱傳遞，另外具有不錯的節(jié)能作用。微波輔助熱降解對比普通熱降解來說，降解效果更好，而且不會因為高溫而對回收的碳纖維造成較為嚴(yán)重的損壞。
　　
 
　　3、化學(xué)工藝處理方式：
　　
　　使用化學(xué)工藝需要在低溫（<350°C）下運(yùn)行的反應(yīng)介質(zhì)來降解樹脂。在溶劑的作用下，復(fù)合材料的基體分解成低聚物，而纖維保持惰性，可以回收以供進(jìn)一步使用。通過助溶劑或催化劑結(jié)合的反應(yīng)性溶劑擴(kuò)散到復(fù)合材料中并破壞特定的鍵，可以分離出長而干凈的纖維部分，并且保留了較好的機(jī)械性能。
 
　　化學(xué)試劑處理在理論上可以更好的回收碳纖維部分，但是在實(shí)際操作中卻會遇到比較大的困難。由于可用溶劑范圍很廣，而且溫度、壓力、催化劑等因素都會對化學(xué)工藝回收碳纖維造成影響，需要反復(fù)調(diào)整試劑和其他參數(shù)的配比，大量的實(shí)驗才能找到合適的回收方案。
　　
　　另外該回收方式需要能夠抵抗腐蝕環(huán)境、存儲危險溶劑和在達(dá)到超臨界條件時承受溫度與壓力的昂貴設(shè)備。實(shí)驗室小規(guī)模研究可以證實(shí)工藝的可行性，但在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用來說，投資成本較大。
　　
 
　　以上內(nèi)容中介紹的傳統(tǒng)工藝回收碳纖維復(fù)合材料廢料的方法，理論上都是可行的，而且實(shí)驗室中也是證明合理的，只不過加入市場、規(guī)模、成本等因素后，就顯得不那么“合理”了。碳纖維產(chǎn)業(yè)期待更環(huán)保、更便捷的回收方式，因此熱塑性碳纖維復(fù)合材料被寄予厚望。智上新材作為國內(nèi)少數(shù)可以批量制備連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料單向帶的廠家，認(rèn)為即便是在熱塑性碳纖維技術(shù)尚未完全成熟的前提下，提升回收碳纖維方面的能力和效率也是非常重要的，未雨綢繆才能讓碳纖維產(chǎn)業(yè)走的更遠(yuǎn)。