碳纖維復(fù)合材料循環(huán)利用的重要意義
“新材料之王”碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用廣泛。然而其復(fù)合材料廢棄物中的碳纖維卻極難回收再利用。本期我們專訪上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院副教授、SAMPE中國“復(fù)合材料回收再利用專委會(huì)”秘書長(zhǎng)楊斌女士,與我們一起聊聊回收碳纖維材料的應(yīng)用與未來。
強(qiáng)度高、超輕、耐高溫高壓的碳纖維復(fù)合材料被喻為“新材料之王”。然而其復(fù)合材料廢棄物中的碳纖維卻極難回收再利用。上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院成功開發(fā)了國內(nèi)第一項(xiàng)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的碳纖維復(fù)合材料廢棄物新型裂解回收技術(shù)和裝備,并已達(dá)到具有國際水平的規(guī)?;a(chǎn)能力,填補(bǔ)了國內(nèi)該領(lǐng)域的空白。
大規(guī)模應(yīng)用的另一面,是碳纖維材料的廢棄物處理問題。“昂貴的碳纖維廢料被回收和再利用可以減少價(jià)值損失,并且可以最大限度地提高碳纖維的環(huán)境效益?!睏罱淌诒硎尽?/p>
“首先,碳纖維報(bào)廢量很大,制造過程中的報(bào)廢率通常在30%-50%。比如,用于航空業(yè)的材料報(bào)廢率通常為30%。這些原料大多來自高等級(jí)預(yù)浸碳纖維,回收碳纖維可以再應(yīng)用于飛機(jī)內(nèi)飾、汽車應(yīng)用、消費(fèi)電子產(chǎn)品和體育用品中,為下游的消費(fèi)者提供更便宜的碳纖維產(chǎn)品。
其次是廢料處理困難,碳纖維復(fù)合材料主要由碳纖維和熱固性樹脂復(fù)合而成,具有不溶不熔的特性,通過掩埋或者焚燒方法處理,既污染環(huán)境、也造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi),已被法律所禁止。
第三,碳纖維本身具有很高的價(jià)值,其本身的生產(chǎn)過制造能耗高達(dá)286MJ/kg,是鋼的6.4倍,如果不能很好的回收利用,將是嚴(yán)重的資源浪費(fèi)?!?/p>
2017年,我國碳纖維使用量2.4萬噸,其中,報(bào)廢量0.44萬噸。按最低價(jià)12萬元/噸來計(jì)算,報(bào)廢碳纖維價(jià)值達(dá)到了5.28億元。2017年全球碳纖維使用量為8.4萬噸,其中,報(bào)廢量2.72萬噸,按最低價(jià)12萬元/噸計(jì)算,報(bào)廢碳纖維價(jià)值32.6億元。每100千克航空碳纖維復(fù)合材料廢棄物中,就有大約60~70千克的碳纖維,這些碳纖維仍然具有極高的再利用價(jià)值,其力學(xué)強(qiáng)度有85%以上的保持率、而電、磁、熱性能幾乎與原有碳纖維相當(dāng),可用來重新制備高性能復(fù)合材料。
此外,碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用市場(chǎng)正處于迅速發(fā)展時(shí)期,需求年增長(zhǎng)率超過了12%,且供不應(yīng)求?!皩ふ姨祭w維復(fù)合材料廢棄物的回收并重新利用方式,對(duì)保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?!睏罱淌谡f。