碳纖維復合材料的回收再利用，是近幾十年來被世界各家碳纖維企業(yè)競相研究的課題，針對熱固性碳纖維復合材料廢料的回收處理方式在之前的文章中有過介紹，如機械處理、熱處理和化學試劑處理等。本文中智上新材將結合國外的論文資料，介紹針對熱塑性碳纖維復合材料廢料回收處理的幾種新型方式。這些處理方式方法不僅停停留在實驗階段，有的已經(jīng)在歐洲碳纖維產(chǎn)業(yè)中實際使用，不妨來詳細了解一下。
　　
 
　　熱塑性碳纖維復合材料回收的新型方式解析
　　
　　1、電碎裂處理：該方式是通過脈沖放電粉碎碳纖維復合材料，最初該方式開發(fā)應用于從采礦巖石中提取晶體和寶石。電碎裂處理過程中，將碳纖維復合材料先放置在裝有水和兩個電極的容器中，在電極之間產(chǎn)生的高壓電脈沖 (50~200 kV) ，脈沖電壓將材料破碎成更小的碎片。電碎裂處理可以與傳統(tǒng)的機械處理方式對比，脈沖電壓引發(fā)的破碎效果更好，可以產(chǎn)生更長、更清潔的纖維部分，但也存在一些劣勢，如電碎裂的時間較長，能源消耗更大，而且可能對碳纖維造成一定的損傷，因此大規(guī)模應用的價值偏低。
　　
 
　　2、TPC循環(huán)回收處理：該處理方式由歐洲TPAC（熱塑復合材料應用中心）和TPRC （熱塑復合材料研究中心）牽頭，并與多家工業(yè)企業(yè)合作建立，旨在開發(fā)一種新的回收方式，可在保持碳纖維高機械性能的同時，以合理的成本實現(xiàn)回收，并減少對環(huán)境造成惡劣影響。該處理方式第一步將碳纖維復合材料碎解至厘米級長度薄片，然后同時以加熱和低剪切的方式混合處理，再將薄片變成面團狀，后續(xù)放入等溫模具中進行壓縮成型，制成需求的碳纖維制品。TPU循環(huán)處理方式中較多的保留了長纖維，因此機械性能得以較好的保障。通過不斷的調整技術步驟和工藝，回收后的材料（CF/PPS）嘗試用于飛機旋翼的制造，且已經(jīng)通過飛行測試。
　　
 
　　3、Thermosaïc®和Thermoprime®處理：該處理方式由法國阿爾薩斯研究中心CETIM-CERMAT開發(fā)并獲得專利，是專門針對回收熱塑性碳纖維復合材料的加工工藝。其中Thermosaïc®是通過熱機械工藝對TPC制造廢料進行重新評估，Thermoprime®則是與長纖維相關的再生熱塑性塑料（例如PP或PA）的升級再造加工。前者是更科學更環(huán)保的將熱塑性碳纖維復合材料破碎至理想狀態(tài)，后者是將破碎的碳纖維復合材料重新聚合，聚合后的熱塑性碳纖維復合材料將會得以新生，補償老化和破碎部分的性能損失。目前已經(jīng)有歐洲團隊利用該處理方式，成功的回收了熱塑性CF/PEEK復合材料，并用于相關產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。
　　
 
　　4、溶解處理：溶解處理與化學試劑分解處理并不相同，溶解是指聚合物鏈溶解到溶劑中，而不破壞化學鍵，該處理方式可以回收基體和全長纖維2個部分。溶解在氯仿中進行72小時，沉淀步驟可以通過在甲醇中沉淀或通過蒸發(fā)來進行，熱重分析法（TGA）證實，溶解與蒸發(fā)相結合的能量密集度較低，并且由于避免了不完全沉淀，預計可以減少聚合物基質的損失。溶解處理中不包括熱處理，因此碳纖維機械強度受到的影響較小。
　　
 
　　有研究使用溶解處理的方式回收CF/PEI復合材料，用熱壓機對回收材料進行熱處理，形成回收的短切織物帶增強熱塑性基體的復合材料。與原始復合材料相比，回收復合材料的拉伸強度僅降低了8%，而拉伸模量相似；利用三點彎曲測試，觀察到彎曲強度僅降低了10%；掃描電子顯微鏡（SEM）分析表明，碳纖維表面被樹脂牢固地覆蓋，表明纖維和樹脂粘合良好，整體復合材料的機械性能保留較完整。
　　
　　5、其他處理方式：將熱塑性碳纖維復合材料廢料制作成可模制顆粒，并將其與原始熱塑性樹脂混合以通過注塑進一步加工來回收，可應用于剛性充氣船船體部分。
　　
 
　　使用反向熱成型來回收廢物生產(chǎn)中產(chǎn)生的纖維增強熱塑性復合材料層壓板，主要過程是通過施加熱量（紅外輻射）和壓力，將成型的熱塑性碳纖維部件壓平，獲得熱塑性碳纖維薄板，但該處理方式是有前提的，必須熱塑性碳纖維部件中的碳纖維結構完好無損，否則壓平后的薄板表面會出現(xiàn)褶皺等問題，影響外觀和性能。
　　
 
　　熱塑性碳纖維復合材料的回收難度較熱固性碳纖維復合材料會低一些，但想要從實驗室階段進入批量化生產(chǎn)階段，智上新材認為還需要技術和資金方面的大力支持。熱塑性碳纖維作為更先進更有應用前景的新型復合材料，不光要在制備環(huán)節(jié)和應用環(huán)節(jié)表現(xiàn)出更大的優(yōu)勢，同樣也要在回收利用環(huán)節(jié)具備更高的便捷性。