连续碳纤维增强热塑性复合材料在可回收领域的优势及实现方式

连续碳纤维增强热塑性复合材料在可回收领域的优势及实现方式

连续碳纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）因其优异的机械性能和加工性能，在航空航天、汽车、电子等领域得到了广泛应用。伴随着这些材料逐渐应用，大家对于其相较传统热固性碳纤维复材的可回收性能就产生了浓厚的兴趣，在可回收再利用的环节，科研也在不断开发，力求能够更好的凸显其该项优势，这里我们就结合现阶段的科学技术来简单了解。

连续碳纤维增强热塑性复合材料的可回收性优势

随着全球资源紧张，对于连续碳纤维增强热塑性复合材料的应用成为了重点研究对象，源于其优势，囊括了政治、社会、经济等多方面的原因。

• 资源节约与环境友好减少原生材料需求：通过回收和再利用CFRTP，可以显著减少对原生碳纤维和热塑性树脂的需求，从而节约宝贵的资源。碳纤维的生产过程能耗高且成本昂贵，因此回收利用具有明显的经济和环境效益。

• 降低环境污染：减少废弃物的填埋和焚烧，减轻对土壤和空气的污染，保护生态环境。复合材料的不当处理可能导致微塑料污染，影响生态平衡。

• 经济性与成本效益降低成本：回收和再利用可以显著降低材料成本，提高产品的经济性。特别是在高性能应用中，高质量的回收材料可以替代昂贵的新材料，降低整体生产成本。

• 环境友好与可持续发展减少碳足迹：回收和再利用过程通常比生产新的复合材料能耗更低，有助于减少碳排放，实现低碳经济。深入研究发现，回收碳纤维的碳足迹仅为生产新碳纤维的10%左右。

• 符合环保政策：许多国家和地区已经制定了相关政策和法规，鼓励塑料的回收和再利用，推动了环保技术的发展。例如，欧盟的循环经济行动计划和中国的“十四五”规划都强调了资源的循环利用。

可实现的回收方式

连续碳纤维增强热塑性复合材料的回收方式主要有机械回收、化学回收以及物理回收。回收方式的不同对于材料后续应用有不一样的表现，从碳丝角度分析，长纤碳丝跟短纤碳丝的性能上就会有很大区别。

机械回收

• 粉碎和研磨：将废弃的复合材料通过机械手段粉碎成小颗粒，然后进行研磨，使其达到更细小的状态。这种方法简单易行，但可能会导致碳纤维断裂，降低其长度和性能。研究表明，通过优化粉碎工艺和设备设计，可以有效减少碳纤维的损伤。

• 筛分和分级：通过筛分和分级，将不同尺寸的颗粒分开，以便后续处理。这样可以筛选出较长的碳纤维，提高回收材料的质量。分级后的碳纤维可以根据长度和性能用于不同的应用领域。

据了解宝马公司在其i3车型中大量使用了碳纤维增强的热塑性复合材料，并积极探索这些材料的回收和再利用技术。通过机械回收和化学回收方法，宝马成功回收了部分碳纤维，用于制造新的汽车部件。此外，宝马还与多家回收公司合作，建立了完整的回收体系。

化学回收

• 溶剂溶解复材：使用特定的溶剂溶解热塑性树脂，从而使碳纤维得以分离。这种方法可以较好地保持碳纤维的完整性和长度，但溶剂的选择和处理过程较为复杂，需要考虑环保和成本因素。常用的溶剂包括二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)等。

• 酸碱处理：通过酸碱处理也可以溶解树脂，分离出碳纤维。这种方法同样可以保持碳纤维的性能，但需要严格的工艺控制。酸碱处理过程中需要注意酸碱浓度和反应时间，以避免碳纤维的过度腐蚀。

物理回收

• 熔融：将复合材料加热至热塑性树脂的熔点以上，使其熔化，然后通过过滤等方式分离出碳纤维。这种方法适用于某些特定的热塑性树脂，但需要精确的温度控制，以避免碳纤维的损伤。熔融再生过程中可以使用螺杆挤出机等设备，实现高效分离。

• 热解：通过高温裂解的方法分解树脂，使碳纤维得以分离。这种方法可以有效地去除树脂，但需要严格的温度控制，以避免碳纤维的损伤。热解过程中产生的气体可以回收利用，实现资源的综合利用。

波音公司在其787梦想飞机中使用了大量的碳纤维复合材料，也研究了这些材料的回收和再利用方法。通过物理回收和化学回收方法，波音成功回收了部分碳纤维，用于制造新的飞机部件。波音还与多家研究机构合作，开发了先进的回收技术和设备。

连续碳纤维增强热塑性复合材料在可回收领域的优势显著，不仅可以节约资源、降低成本，还可以减少环境污染，实现可持续发展。通过机械回收、化学回收和物理回收等多种方法，可以有效地回收和再利用这些材料，保持其高性能特性。随着技术的不断进步和政策的支持，CFRTP的回收和再利用将更加普及和高效，为环境保护和经济发展做出更大贡献。