碳纤维回收-来自英国ELG公司的技术分享

摘要

英国ELG碳纤维公司致力于推动再生碳纤维应用，预测汽车行业新应用将促进碳纤维市场增长。再生碳纤维成本低、供应稳定且环保，成为汽车等运输市场的优选。然而，碳纤维回收面临处理难题、废物流复杂性和纤维分类挑战。ELG公司通过分类系统解决分类问题，并开发多种再生碳纤维产品，提升材料性能并提供易处理方案。公司看好大批量运输市场，认为使用可回收碳纤维将降低成本、减排并符合环保要求。

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再生碳纤维的发展机遇

英国的ELG碳纤维公司是一家推动使用更多再生材料的公司。“近期市场预测表明碳纤维市场将继续保持中高档增长态势。”总经理Frazer Barnes表示：“这种增长的主要推动力之一是汽车行业的新应用。这是一个对成本非常敏感的市场，我们预计再生碳纤维的成本较低，加上供应链的安全性和环境效益，将使这些应用成为一个有吸引力的选择。”

“我们普遍认为使用可回收的碳纤维有可能将纤维的成本降低40%左右。在以碳纤维为主的行业，如复合行业，降低成本是直接实现的。如果需要进一步的转换步骤，例如生产非织造布，实际的成本降低可能在20-40%之间。我们从市场上听到的是，这些成本削减，加上大批量材料的安全供应、价格稳定，大大增加了碳纤维在汽车和其他运输市场的吸引力。”

图1、处理碳纤维废弃物

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碳纤维回收再利用面临的挑战

对于推动再生碳纤维进一步发展的主要趋势和影响，Frazer Barnes认为，持续的产品测试是展示性能的关键，也是开发设计和制造的指南，尤其是复合材料行业。

“在下游转换过程中处理回收碳纤维材料方面存在重大挑战，这一直是开发合适产品形式的主要障碍之一。实际上，我们已经有了一个非常强大的回收高品质纤维的方法，与原始碳纤维相比几乎没有劣化，但是，多年来的挑战是开发出将其重新投放市场的方法。”

碳纤维的回收首先需要金属的去除，并将大型复合材料结构切割成适合于下游加工的尺寸。此外，粉碎层压和预浸制可以有效且一致的处理。纤维的回收是经过改良的热解过程。碳纤维转化然后通过研磨、非织造毡生产和生产粒料。

成功回收碳纤维需要克服许多障碍。“主要的挑战第一个是处理废物流的复杂性。” Barnes解释道。“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。第二个挑战是纤维的分类。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。ELG已经通过引入一个基于杨氏模量和恢复纤维的抗拉强度范围的通用分类系统来解决这个问题。”

“碳纤维回收的第三个——即最后一个挑战是如何实现商业化的发展。必须克服的主要障碍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。虽然有一些项目正在解决这些问题，但从供应链的制造业方推导出碳纤维废料问题的解决方案，可能与通过从供应链的设计方找到使用再生碳纤维产品的方法并不匹配。”

FrazerBarnes补充说，公司现在已经很好地理解了复合材料和复合材料中再生碳纤维材料的性能。他说，下一步是通过产品优化进一步提高性能，并了解再生碳纤维材料的长期性能。

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ELG公司的再生碳纤维产品

ELG碳纤维目前已开发出以下几种来自再生碳纤维的产品。

CarbisoTMMF是磨碎的长度随机的研磨碳纤维，可以与热塑性和热固性树脂复合。研磨碳纤维赋予的主要优点是提高了刚度、导电性和导热系数，降低了热膨胀系数。

CarbisoTMCT是一种精密切割的短切碳纤维，具有6 mm和12mm的长度，被认为是热塑性树脂、水泥、弹性体和涂料的良好增强纤维。切割的丝束比ELG的铣削纤维具有更高的结构和导电性能。小尺寸的纤维与大多数热固性和热塑性基质相容。

在2017年，该公司推出了CarbisoTMCT+产品品种。与标准切碎的CarbisoTMCT短切碳纤维产品相比，这个新的plus版本的特点在于改进的流动性，在塑料配料的重量给料系统中的“容易添加”。

CarbisoTMMB是碳纤维母粒产品，将在2017年完全商业化。这些颗粒化的产品是用切碎的纤维与热塑性树脂复合制成的，可以在复合行业短纤维产品中使用。这些较小的颗粒使它们易于注射，在处理时含有较少的灰尘，而且与工作更一致。

 图2、再生碳纤维增强热塑性塑料颗粒

CarbisoTMM是由100%回收碳纤维制成的非织造毡，可通过常规复合技术加工制造结构件和半结构件。

图3、由100% 回收的短纤维碳纤维制成的Carbiso TM M 非织造毡

CarbisoTMTM是由碳纤维与PP纤维、PA纤维等热塑性纤维相结合制成的混合非织造毡。CarbisoTMM和CarbisoTMTM均属于各向同性毡，易于处理，悬垂性好，并与大多数热固性和热塑性树脂相容好，且能提供良好的机械性能。它们的标准尺寸为100-600 gsm，宽度可达2.7米。为客户提供完全的灵活性和完全定制的解决方案，非织造毡也可以生产定制规格。

图4、由再生碳纤维和热塑性纤维的混合物制成的CarbisoTMTM 非织造毡

ELG碳纤维将大批量运输领域的应用视为最能从公司产品和服务中获益的关键新兴市场。Frazer Barnes总结说：“如果未来的车辆是由更多的可回收碳纤维制造的，这些轻型结构将会更具有成本效益，进而减少二氧化碳的排放，符合燃油经济性的规定，同时也支持欧盟(EU)对最终车辆(ELV)的指令。”

来源：   碳纤维回收与再利用