全球复合材料回收发展趋势与回收方法简述

复合材料回收出现于 20 世纪 90 年代，碳纤维在航空航天和汽车等行业中的普及率不断提高。如今随着复合材料的使用量不断增加，以及报废 (EOL) 法规/要求要求人们更好地了解回收并投资全球供应链。但是直到如今，回收技术的商业化和回收能力建设的进展依然十分缓慢。

此外，为了为复合材料废物创造真正的闭环循环，仍存在诸多挑战 已解决的问题包括：由于报废的复合材料含有多种成分（纤维、基质、涂层），回收复合材料的困难，正确采购复材废料，以及就最“环保”的回收方法达成共识。到2030年，预计将产生约11.5万吨碳纤维废物，至关重要的是，该行业应加大力度实现标准化流程和稳健的供应链，以减少非环保回收方法，并确保这些材料的普遍回收能力。（欧盟已经制定了一些法规和提案，用于禁止填埋这一传统的处理方式。）

与生物材料和节能设备一样，回收利用是可持续发展这一更广泛主题中的一个重要领域，但它也非常复杂，目前正在进行各种各样的工作来将其变为现实。一些公司正专注于开发更优化的方法。其他公司将复合材料废料加工并重新利用成各种最终产品，并通过提高产能做出积极贡献。也有越来越多的项目展示了可回收最终产品的制造，通常采用闭环回收过程。

已知最早的复合材料废物处置方法始于焚烧和填埋。由于显而易见的原因，两者都被认为对环境不友好——焚烧会导致温室气体排放和额外污染物的释放，而填埋除了是这种持久材料的短期解决方案外，还涉及类似的危害。类似的方法结合了燃烧和焚烧，将废物成分转化为热量用于能量回收（电力），尽管焚烧方面仍会产生污染物（灰烬副产品）。

另一种燃烧形式是水泥窑共处理，它在水泥生产中用切碎的风叶或其他复合材料部件代替煤炭等化石燃料。一组欧洲公司正在努力编写一份生命周期评估（LCA）报告，探讨通过这一过程处理EOL复合材料的环境影响，并指出，除了减少水泥生产的排放外，它还减少了对化石能源和原始原材料的需求。

机械回收、热处理和化学处理回收是此后出现的其他回收方法，正处于不同的成熟阶段，主要针对碳纤维和玻璃纤维增强聚合物（CFRP和GFRP）的处理，以回收纤维。每种选择对复合材料回收都有自己的优缺点。

机械回收

机械回收涉及通过切割、粉碎、碾磨和/或研磨将报废的复合材料部件物理分解成粉末和纤维回收物，以用作填料、注塑、3D 打印或其他工艺。这是一个快速简便的过程，可以产生“近乎完美的输出”，并且比化学回收的能耗低得多。它通常也不会产生二氧化碳等有害气体。然而，它的缺点是材料尺寸和完整性降低，特别是强度和拉伸模量性能降低，这意味着该材料的二次用途通常仅限于低价值选项，如用于制作填料和部分其他增强材料。

Fairmat（法国巴黎）是复合材料机械回收领域的重要参与者，它使用切割技术（结合机器人和机器学习）将 CFRP 废料转化为由 100% 高品质再生碳纤维组成的 CFRP 芯片。据说，这一工艺“保留了原始碳纤维固有的强度、耐用性和高性能特性”，适用于体育用品、消费电子产品和移动出行等行业。该公司已经签署了多项碳纤维废料再利用协议，其中包括与 Exel Composites、Hexcel 和 Dassault Aviation 等公司签署的协议。

CFRP芯片（如图所示）可以集成到各种布局中，以创建定制的复合材料层压板和部件。（图片来源Exel Composites）

Elevated Materials（美国加利福尼亚州加迪纳）正在为 Toray Composite Materials America Inc.（美国华盛顿州塔科马）提供类似的服务。根据一项为期 3 年的协议，Elevated 将重新利用 Toray 的航空航天废料预浸料，包括切边和全宽预浸料板。该公司通过机械方式将这些废料缩小尺寸并进行压缩成型（Elevated Materials 称此过程为“升级再造”），制成压固化碳纤维片、板和块，可用于运动器材、制造配件和无人机等领域。

热回收

热是热回收工艺中分解复合废料的主要成分，目前可分为三种子方法 - 热解、流化床工艺以及燃烧和焚烧。材料通常在受控条件下经受高温（450-700°C），因此除了所需的纤维外，所有物质（树脂）都会被烧掉。流化床工艺通过高温空气通过硅砂床分解复合材料基质，释放纤维和填料颗粒，从而回收纤维/填料之外的能量。热解同样使用极高的温度分解树脂和添加剂，通常使用各种热源，留下可回收和再利用的短纤维。此外，该工艺的石油和天然气副产品也可用作化学原料。

帝人株式会社（日本东京）和富士设计株式会社（东京）于 2022 年开发了一种业务结构，旨在将富士设计的低环境影响“精密热解”技术融入其中，从废旧 CFRP 中生产出高质量的碳纤维。据报道，该方法使用受控的加热和冷却，通过热解回收更高性能的纤维，甚至可能回收树脂。

来自Nakashima螺旋桨株式会社的玻璃纤维复合螺旋桨部件，热解后的部件显示纤维完好无损，表面没有氧化损伤。

同样，Thermolysis Co. Ltd.（台湾台中市）使用热解来支持大规模再生碳纤维 (rCF) 生产，然后用于为客户制造 rCF 纸和非织造材料（rCF 预浸料、中间层压板和管道产品线）和 rCF 颗粒（非常适合注塑工艺）。

威立雅法国中西部回收与再利用公司（法国奥贝维利埃威立雅 RVD Centre-Ouest）与 Composite Recycling SA（瑞士埃库布朗）合作开展的三阶段项目将在法国西部建立、扩大和启动大规模热解回收业务。威立雅专门从事无害废物的收集和处理，而 Composite Recycling 的热解将复合废物转化为纤维和热解油最终产品。

通过热解将回收的 CFRP 制成短切、无纺布和 3D 预制件形式是 Carbon Conversions（美国南卡罗来纳州莱克城）公司追求的“商业规模的零废物闭环制造工艺”的方法。2024 年 3 月，该公司推出了 re-Evo TDR，这是一款用 rCF 增强的 3D 打印长丝。

热回收仍然是保留复材废料中原始纤维的有吸引力的选择。它不仅能成功地将基质与纤维分离，而且根据工艺的不同，分离后的纤维还能保持较高的机械性能。可能的缺点包括高能耗带来的高运营成本以及过热导致纤维表面损坏的风险。此外，虽然回收的纤维质量高于机械回收，但其性能并不总是与原始材料相当。

化学回收

化学回收试图通过酸、碱和/或溶剂溶解现有的聚合物基质，通常在高温下进行。最常见的方法是溶剂分解和水解；前者提供溶剂进行解聚，而后者通过水的存在导致树脂降解。化学回收通常保留干净光滑的纤维，具有最大的机械性能，并具有较高的树脂分解率。它的缺点包括化学品成本高，以及在此过程中产生的有害残留物。

化学分解是一种可以使用酶分解聚合物基质以供再利用的过程。例如，Ascorium（德国柯尼希斯温特）使用这种类型的工艺来回收其聚氨酯 (PU) 复合材料，回收 95% 与聚异氰脲酸酯反应的多元醇，以便在新的 PU 材料和零件中再利用。

另一家通过研究基质回收来瞄准复合材料可回收性的公司是旭化成（日本东京），该公司与微波化学公司（MWCC，日本大阪）合作，利用微波技术将聚酰胺 66 (PA66) 解聚的化学回收工艺商业化。然后将获得的单体用于制造新的 PA66。虽然合作伙伴最初主要专注于回收聚合物，但最终的目标是回收纤维增强聚合物。

Resolve Composites（加拿大新斯科舍省）由造船商于 2023 年创立，正在开发 ReceTT。虽然它本身不是一种特定的化学回收方法，但它确实支持不同类型的溶剂分解处理。通过对船头部分进行测试，Resolve 表示，与使用浸没槽处理相同尺寸和几何形状的组件相比，使用 ReceTT 实现了完全的材料回收，溶剂使用量减少了 89%。该公司目前仍在开发 ReceTT 以供未来商业化。

复合材料回收前景

根据 Stratview Research（美国密歇根州底特律）最近发布的一份报告，在行业和政府的推动下，人们越来越倾向于回收和使用再生复合材料产品，这将确保这一新兴市场的持续增长。与这些发展相吻合的是，市场应用的多功能性预计将增加，随着回收量的增加，再生复合材料产品/材料的成本预计将下降。总而言之，尽管未来仍有许多挑战，但也有许多新的发展和举措将使回收成为现实。

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