雖然CW對(duì)復(fù)合材料的回收覆蓋面可追溯至十年前，但據(jù)非正式統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，只有約2%的相關(guān)復(fù)合材料公司對(duì)回收是比較積極的。也就是說(shuō)，這三年里，我們對(duì)于回收材料的最新功能問(wèn)題有顯著的興趣并采取了行動(dòng)，回收纖維應(yīng)用于實(shí)際生活中得到了發(fā)展。

當(dāng)金屬供應(yīng)商向工業(yè)界吹捧可回收利用時(shí)，除去公司自己付費(fèi)填埋處置的事情不說(shuō)，復(fù)合材料行業(yè)面臨的關(guān)鍵問(wèn)題是：生產(chǎn)廢料和報(bào)廢部件將如何處理?但是，至少有三個(gè)市場(chǎng)已經(jīng)對(duì)復(fù)合材料回收利用逐漸增加，特別是碳纖維的回收：(1)歐盟(ELV)指令要求汽車(chē)或輕型卡車(chē)中使用材料的85%重量必須可重復(fù)利用或可回收利用。(2)值得注意的是碳纖維制造成本高，性能好，即使是切碎的形式，也是一個(gè)有吸引力的回收目標(biāo)，這為汽車(chē)回收纖維產(chǎn)品創(chuàng)造市場(chǎng)提供動(dòng)力。(3)最新一代消費(fèi)者在環(huán)保意識(shí)上得到提升，即積極支持回收并循環(huán)再利用，并尋找具有回收內(nèi)容的商品。

技術(shù)：不同的方法

Polyone Advanced Composites(Englewood，CO，US)高級(jí)技術(shù)顧問(wèn)，美國(guó)復(fù)合材料制造商協(xié)會(huì)現(xiàn)任回收委員會(huì)主席(ACMA，Arlington，VA，US)Ed Pilpel表示，鋁和鋼仍然是復(fù)合材料競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，原因之一是他們的供應(yīng)商在回收利用方面的長(zhǎng)期記錄有助于降低其整體材料生產(chǎn)成本。他承認(rèn)說(shuō)：“但是這些行業(yè)要30-50年才能達(dá)到目前的回收成功率，即鋁的回收率上漲幅度達(dá)到80%。復(fù)合材料行業(yè)發(fā)展時(shí)間較短，我們有很多時(shí)間去探索，但是我們必須深入到領(lǐng)域深處。”

人們投入和使用個(gè)體或組合幾種回收策略。初步努力都集中在高品質(zhì)碳纖維材料廢料流的回收和再利用，它們通常來(lái)自航空航天制造，因?yàn)楸M管在切碎的形式，也相對(duì)易于使用，并且產(chǎn)生具有幾乎未減弱的性能的高品質(zhì)碳纖維。(連續(xù)的纖維也可以回收，會(huì)在下面進(jìn)行討論)

目前從碳纖維中去除樹(shù)脂的商業(yè)方法是熱分解(熱處理)和溶劑分解(化學(xué)處理)。雖然熱分解需要熱能來(lái)燒掉樹(shù)脂，并且可能會(huì)導(dǎo)致纖維變成焦炭，但熱分解能僅代表原始碳纖維的體現(xiàn)能量的一部分。有消息來(lái)源說(shuō)，溶劑分解需要比熱處理更多的能量，而且它能夠恢復(fù)纖維和樹(shù)脂。在這兩種方法中，回收的纖維很好地轉(zhuǎn)移到用于注射成型的非織造墊或熱塑性顆粒中，并且適用于汽車(chē)零件。

想要形成了一個(gè)真正的“循環(huán)”，材料從報(bào)廢產(chǎn)品中回收，并重新用于這些產(chǎn)品的新迭代，使得生命周期(EOL)固化部件的回收更加困難。熱分解和溶劑分解可以應(yīng)用于固化部分，如通常用于玻璃纖維部件的機(jī)械破碎;所得到的碎玻璃和樹(shù)脂材料可以重新用作樹(shù)脂填料，燃燒用于能源(廢物轉(zhuǎn)化為能源植物)或在水泥窯中共處理。

或者，兩家公司提供可循環(huán)利用的樹(shù)脂產(chǎn)品，它們可以在化學(xué)溶液中進(jìn)行未交聯(lián)，從而使一些運(yùn)動(dòng)用品應(yīng)用中的原始纖維增強(qiáng)物完好無(wú)損(更多在下面)用于循環(huán)回收。而且，一些材料供應(yīng)商正在調(diào)查廢料和零件的內(nèi)部循環(huán)回收利用，避免回收中間商。

公司和團(tuán)體的概況

“三年前，一個(gè)真正的推動(dòng)力將這些材料投入了市場(chǎng)。如今，我們要面對(duì)更多的“拉力”，以及我們要對(duì)如何使用可回收的碳進(jìn)行更多的調(diào)查。ELG碳纖維有限公司(ELG CF，Coseley，West Midlands，UK)德國(guó)金屬回收商ELG Haniel(德國(guó)杜伊斯堡)的子公司總經(jīng)理Frazer Barnes說(shuō)：“我們現(xiàn)在正在設(shè)計(jì)產(chǎn)品并開(kāi)發(fā)它們以滿(mǎn)足特定的客戶(hù)要求。”ELG CF利用熱分解每年處理超過(guò)2000噸廢料，包括制造廢物和固化部件。

Carbon Conversions的業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Keith Graham在美國(guó)的Carbon Conversions公司(Lake City，SC，US)采用熱分解法，可以處理“整個(gè)復(fù)合廢物流”。這包括來(lái)自各個(gè)市場(chǎng)的中間產(chǎn)物，包括干纖維廢料(來(lái)自面料、裝飾和編織)和“濕”未固化的預(yù)浸料和拉擠成型廢料的中間體，還有來(lái)自商業(yè)航空航天，娛樂(lè)和工業(yè)來(lái)源的固化部件。Graham補(bǔ)充說(shuō)：“我們已經(jīng)建立了一個(gè)強(qiáng)大的業(yè)務(wù)，將任何行業(yè)的廢物流轉(zhuǎn)化為一種產(chǎn)品。” Hexcel(Stamford，CT，US)最近購(gòu)買(mǎi)了該公司的少量的股權(quán)。該公司已經(jīng)成功地展示了汽車(chē)零件，包括汽車(chē)OEM的地板零件。Graham指出，碳轉(zhuǎn)化將成為推動(dòng)復(fù)合材料回收利用的領(lǐng)先者：“我們都在一起，我們需要生產(chǎn)出可重復(fù)，一致的優(yōu)質(zhì)材料來(lái)發(fā)展這個(gè)行業(yè)。”

CFK Valley Recycling公司是卡爾邁耶集團(tuán)的一部分，是歐洲使用熱分解最大的復(fù)合材料回收商，并從汽車(chē)、航空航天和終身體育用品中獲取廢物流，該公司總經(jīng)理Tim Rademacker稱(chēng)：“由于用碳纖維制造的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的使用量日益增加，風(fēng)電行業(yè)的廢物數(shù)量會(huì)大幅增加。”CFK Valley Recycling在卡爾邁耶的合作伙伴公司CarboNXT的回收纖維年產(chǎn)量為1,000噸，將回收的纖維制造成切碎和研磨的產(chǎn)品以及濕法成網(wǎng)的面紗和無(wú)塵非織造布?jí)|。據(jù)Rademacker報(bào)道，在新的AMG GTC跑車(chē)上，采用回收再生碳纖維作為聚氨酯(PU)后保險(xiǎn)杠和前保險(xiǎn)杠的填料。

Pilpel描述了ACMA與IACMI(美國(guó)田納西州諾克斯維爾高級(jí)復(fù)合材料制造創(chuàng)新研究所)攜手的合作，為市場(chǎng)推出了新的熱回收解決方案：來(lái)自CHZ Technologies的商標(biāo)Thermoolyzer技術(shù)，是一種廢棄能源反應(yīng)堆系統(tǒng)，在德國(guó)開(kāi)發(fā)并最初設(shè)想用于回收廢棄的尼龍地毯。Pilpel說(shuō)：“這項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)造了一種符合天然氣規(guī)格的樹(shù)脂殘?jiān)�的清潔燃料氣體產(chǎn)品，由于內(nèi)置洗滌器，它不會(huì)產(chǎn)生有害排放物。”OC戴夫·哈特曼說(shuō)，OC系列和風(fēng)能合作伙伴包括Owens Corning等多個(gè)復(fù)合材料行業(yè)合作伙伴，ACMA和IACMI正在評(píng)估德國(guó)的試點(diǎn)過(guò)程來(lái)作為第一階段，以證明該系統(tǒng)并確定可擴(kuò)展性。

Adherent Technologies Inc.公司至少在20年前就開(kāi)始了其回收業(yè)務(wù)。公司總裁Ron Allred博士和工程與環(huán)境項(xiàng)目經(jīng)理Jan-Michael Gosau選擇了一種濕式化學(xué)過(guò)程，稱(chēng)為化學(xué)溶劑，也稱(chēng)為三級(jí)處理，它使用液體轉(zhuǎn)移液和催化劑結(jié)合，低熱和壓力回收使用壽命已經(jīng)結(jié)束的部件，并回收碳纖維和樹(shù)脂，而不會(huì)產(chǎn)生空氣中的排放物�；厥盏臉�(shù)脂可以作為燃料或其他工業(yè)過(guò)程的化學(xué)品再利用。ATI最近與Damian Cessario擁有的投資集團(tuán)DLC Capital合作，將回收利用技術(shù)商業(yè)化。DLC Capital和ATI已經(jīng)合作了多年，現(xiàn)在已經(jīng)成立了一家復(fù)合材料公司V Carbon，該公司將回收碳纖維，然后將纖維使用在該集團(tuán)內(nèi)部制造零件中。

新進(jìn)回收?qǐng)F(tuán)體的是Vartega，它由工程師Andrew Maxey領(lǐng)導(dǎo)，Andrew Maxey對(duì)碳纖維的興趣來(lái)自于騎自行車(chē)：“我們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域還屬于新手，但該領(lǐng)域正在迅速發(fā)展，回收機(jī)會(huì)也會(huì)增加。”Vartega目前擁有半工業(yè)規(guī)模的專(zhuān)利和正在申請(qǐng)專(zhuān)利的低能溶劑解決方案，該方法是用來(lái)從處理由Alchemy Bicycle Co.來(lái)的未固化的預(yù)浸料和拖尾廢料。該公司正在開(kāi)發(fā)一條道路，Vartega最終將向被許可人提供其工藝技術(shù)，他們將在區(qū)域內(nèi)租賃模塊化設(shè)備進(jìn)行內(nèi)部循環(huán)回收，因此Maxey說(shuō)：“這很浪費(fèi)!”，目前，Vartega正在與技術(shù)纖維產(chǎn)品(TFP，Schenectady，NY，US)合作，將所有纖維轉(zhuǎn)化為無(wú)紡織墊和面紗產(chǎn)品。該公司已經(jīng)發(fā)布了其回收纖維的測(cè)試數(shù)據(jù)，其中回收纖維的拉伸強(qiáng)度和模量與原始纖維相差不大。

綜合回收技術(shù)中心的首席執(zhí)行官Bob Larsen說(shuō)：“我們是一個(gè)非營(yíng)利的組織，我們的使命是激勵(lì)，成長(zhǎng)和領(lǐng)導(dǎo)回收?qǐng)F(tuán)體。”Larsen表示，位于集中復(fù)合材料制造的地區(qū)靠近許多波音公司，CRTC希望推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的再發(fā)展并幫助減少安吉利斯港的失業(yè)率，同時(shí)建立回收資源。CRTC將回收碳纖維產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與大批量、低成本的生產(chǎn)過(guò)程相結(jié)合。該公司與半島大學(xué)以及該學(xué)校的綜合勞動(dòng)力培訓(xùn)計(jì)劃共同合作，培養(yǎng)未來(lái)員工的成長(zhǎng)計(jì)劃發(fā)展。從包括Toray Composites有限公司和Tacoma在內(nèi)的合作伙伴公司，CRTC采購(gòu)“接近優(yōu)質(zhì)質(zhì)量”的未固化航空預(yù)浸料廢料，以名義價(jià)格收購(gòu)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃煨碌姆呛娇蘸教飚a(chǎn)品，例如pickleball槳。它沒(méi)有計(jì)劃地回收固化復(fù)合材料部件，Larsen說(shuō)：“我們正在利用已經(jīng)存在的化學(xué)物質(zhì)，我們正在避免對(duì)材料增加能源和成本的需求，碳纖維已經(jīng)擁有了鋁的能量的兩倍以上!”

Adesso Advanced Materials和Connora Technologies兩家公司正在從另一方面進(jìn)行回收利用：通過(guò)戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，他們開(kāi)發(fā)了可回收的熱固性樹(shù)脂，其固化后可以容易地從鋼筋中降解和去除，從而使纖維完整再次使用。Adesso董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官Bo Li表示，其商標(biāo)的Cleavamine硬化劑和Recycloset樹(shù)脂使固化部分的交聯(lián)能夠被溫和的酸性溶液(如醋)“裂解”�；厥盏臉�(shù)脂被中和，熱塑性沉淀物可以在粘合劑或模塑料中作為增韌劑再次使用，Adesso目前參與了盛益科技的可回收印刷電路板(PCBs)等幾個(gè)主要項(xiàng)目。由Pardus(泰山體育品牌，San Mateo，CA，美國(guó))生產(chǎn)的碳纖維自行車(chē);與蕪湖奇瑞汽車(chē)有限公司的汽車(chē)零部件，與ELG CF合作;并與南加州大學(xué)合作研究可回收風(fēng)力葉片。類(lèi)似地，Connora Technologies的商標(biāo)為Recyclamine產(chǎn)品是環(huán)氧樹(shù)脂的固化劑，同樣使得固化復(fù)合材料中的聚合物交聯(lián)被酸分解，留下熱塑性環(huán)氧樹(shù)脂殘留物。最初在復(fù)合部件中使用的增強(qiáng)纖維可以以其原始形式和結(jié)構(gòu)在不破壞的情況下回收而不用切碎或切碎。CW已經(jīng)就Recyclamine在高壓樹(shù)脂傳遞模塑(HP-RTM)工藝中的應(yīng)用在弗勞恩霍夫復(fù)合材料研究項(xiàng)目中心(FPC，倫敦，加拿大安大略省)和Fraunhofer ICT進(jìn)行了介紹。研究表明，回收后，回收的增強(qiáng)材料的性質(zhì)與原始碳纖維相同。該公司正在通過(guò)第二階段SBIR項(xiàng)目繼續(xù)為汽車(chē)行業(yè)的HP-RTM工作。最近Connora Technologies宣布與Shred Optics、Future Fins以及雪橇滑雪板等滑雪板制造商建立合作關(guān)系。Shred Optics Connora首席執(zhí)行官Rey Banatao博士說(shuō)，Niche Snowboards和CAPITA Mothership將滑雪板制造廢料轉(zhuǎn)化為行動(dòng)運(yùn)動(dòng)配件。

開(kāi)發(fā)商業(yè)案例

Pilpel說(shuō)：“復(fù)合材料的回收工作是一個(gè)難題，包括技術(shù)、政府、行業(yè)團(tuán)體、標(biāo)準(zhǔn)和教育等。你必須從一個(gè)基本的商業(yè)案例開(kāi)始。”例如，一個(gè)公司最簡(jiǎn)單的一步是將其廢物轉(zhuǎn)化為工廠的能源，避免垃圾填埋處理的成本，并彌補(bǔ)原材料成本的一小部分。如果廢物可以轉(zhuǎn)換成新的可用形式出售，或者內(nèi)部歸還給公司的過(guò)程，則可以獲得更大的材料成本回報(bào)，他補(bǔ)充說(shuō)：“我們需要找到可回收材料的隱藏應(yīng)用程序，”他指出，美國(guó)二手車(chē)輪胎回收利用的成功，最終發(fā)現(xiàn)了輪胎廢料的使用，從而使輪胎不再填埋。

顯然，如果汽車(chē)制造商在生產(chǎn)車(chē)輛中大量采用碳纖維，那么供應(yīng)挑戰(zhàn)也將隨之而來(lái)。高價(jià)值回收碳纖維可以幫助彌補(bǔ)供應(yīng)缺口，價(jià)格較低。ACMA的回收委員會(huì)正在與ISRI(美國(guó)華盛頓特區(qū)廢紙回收研究所)以及IACMI合作開(kāi)發(fā)具有可靠物流的回收利用基礎(chǔ)設(shè)施，并制定回收纖維的標(biāo)準(zhǔn)。Pilpel說(shuō)，隱藏著的問(wèn)題是被回收的玻璃纖維部件的數(shù)量更多，并且應(yīng)該被循環(huán)利用，但是玻璃的價(jià)值很低，使它更難以解決。

Maxey說(shuō)，“因?yàn)閺?fù)合材料是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并沒(méi)有良方。但是我們正走在探索這條道路上，以及逐漸獲得到各業(yè)界的認(rèn)可�；厥栈�礎(chǔ)設(shè)施正在增長(zhǎng)，這是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻”。ELG CF的Barnes補(bǔ)充說(shuō)“我認(rèn)為復(fù)合材料的回收到2019年情況會(huì)越來(lái)越好，復(fù)合材料商將開(kāi)始看到真正的成交量指標(biāo)。”

(關(guān)鍵字：復(fù)合材料 回收利用)