1　前言
　　所謂碳纖維復(fù)合材料廢棄物的回收再生或再利用主要是針對碳纖維增強塑料（CFRP）而言，因為根據(jù)調(diào)查它已占碳纖維市場的90%以上，隨著CFRP在航空航天、大型風(fēng)電葉片、土木建筑、新能源和清潔能源（電池部件、壓縮天然氣和氫氣瓶、太陽能柜架）、汽車、傳統(tǒng)能源（油井抽油桿、海上油田平臺、煤礦刮板機）、高鐵和貨物列車、船舶、日用電器、機械及體育用品等領(lǐng)域應(yīng)用的迅速擴大，其廢棄物的回收再利用技術(shù)的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化已迫在眉睫。其中碳纖維增強熱塑性樹脂（CFRTP）可通過制成切片再利用，而碳纖維增強熱固性樹脂的回收是有難度的。
　　CFRP的碳纖維回收技術(shù)始于本世紀(jì)初，要取得穩(wěn)定的回收材料并不容易。目前除利用熔礦爐的熱源進行熱再生已實用化外，面向混凝土補強材料的碳纖維回收也進入實用化階段。然而，為滿足人們對構(gòu)筑循環(huán)型社會的迫切期待，需研發(fā)出高水平的碳纖維回收技術(shù)。以下分別介紹近年來一些大學(xué)、科研院所和企業(yè)在碳纖維復(fù)合材料回收方面的技術(shù)開發(fā)現(xiàn)狀。
2　全球主要碳纖維回收企業(yè)及其技術(shù)介紹
　　2.1 東麗、東邦Tenax和三菱麗陽公司
　　據(jù)統(tǒng)計，目前東麗、東邦Tenax和三菱麗陽這 3 家日本頂級的聚丙烯腈基碳纖維（PAN-CF）企業(yè)的碳纖維產(chǎn)量占據(jù)全球小絲束PAN-CF的70%左右，產(chǎn)品分別應(yīng)用于飛機、汽車等一般產(chǎn)業(yè)和體育休閑用品中，隨著其廢棄物的日益增多，必須聯(lián)合開發(fā)回收技術(shù)。另一方面，在碳纖維的生產(chǎn)過程中，會排放出溫室效應(yīng)氣體（CO2），需通過擴大CFRP的應(yīng)用領(lǐng)域來實現(xiàn)更多的節(jié)能減排。為此，當(dāng)務(wù)之急是盡快確立CFRP的回收技術(shù)。
　　關(guān)于碳纖維再生技術(shù)的開發(fā)，早在2006年日本通產(chǎn)省就通過其補助的“碳纖維再生技術(shù)的實證研究開發(fā)”課題在福岡縣大牟田市內(nèi)建設(shè)了中試廠，自2009年起得到了福岡縣和大牟田市的資助，從而可作為碳纖維協(xié)會的活動內(nèi)容，并積極從事基礎(chǔ)技術(shù)開發(fā)。通過研究，取得了可控制所回收碳纖維長度、并可除去金屬雜質(zhì)和樹脂殘渣量低的再生碳纖維技術(shù)，從而達到了碳纖維協(xié)會的開發(fā)目標(biāo)，并于2013年底終止了協(xié)會活動。為此由上述 3 家PAN-CF企業(yè)接力，設(shè)立了“碳纖維再生技術(shù)開發(fā)組合”，以進一步深化該回收技術(shù)，以期實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
　　JFCC與大同大學(xué)等的共同研究組合，找到了由CFRP廢材回收碳纖維并可大幅提高與樹脂粘合性的再生技術(shù)，無需使用上漿劑，從而實現(xiàn)了高效和低成本的回收再生。
　　以往由于碳纖維與樹脂的粘合性差，通常需要通過氧化劑刻蝕處理后，再于碳纖維表面涂覆上漿劑（集束劑）方能使用，而其他由廢CFRP回收碳纖維的技術(shù)，也需要進行再生碳纖維的表面處理，造成成本較高。而JFCC的方法由于經(jīng)過含氮氣的過熱蒸汽處理，得到了雙重效果，即過熱蒸汽處理使碳纖維表面的酸度增加了，且表面增加了氫氧基，使之與樹脂的吸附活性點增加，而添加氮氣使碳纖維表面的堿度上升，使之與樹脂的粘合性大增，而且隨著處理溫度的上升，碳纖維與樹脂的粘合性也提高，在700 ℃以上進行處理時，可以達到與市售的經(jīng)上漿劑處理的碳纖維同等的粘合水平。目前JFCC已銷售該熱處理設(shè)備。
　　2.3 碳纖維再生工業(yè)公司
　　位于日本岐阜縣美濃加茂市的碳纖維再生工業(yè)公司（CFRI）創(chuàng)立了熱解法由廢CFRP回收碳纖維的獨有技術(shù)，其特點是以廢料燃燒時所產(chǎn)生的熱分解氣作為碳纖維回收工程的熱源，從而可比以往的方法節(jié)約 6 成的能源，而所回收的碳纖維強度可達原生碳纖維的80%以上。目前該回收產(chǎn)品已應(yīng)用于汽車部件，可實現(xiàn)整車減重20%以上。
　　再生過程是通過碳化爐和燒成爐兩段燒成而得，可原封不動地回收長纖維，該回收系統(tǒng)所回收的碳纖維產(chǎn)能約為60 t/a。
　　在碳化工程中，將CFRP廢料加入密閉容器中，并將容器外側(cè)加熱，使廢材分解。最初用燈油燃燒加熱，到400 ℃前后塑料發(fā)生氣化，通過配管將該氣導(dǎo)出，在燃燒器中與氧混合燃燒，利用產(chǎn)生的氣體→加熱→產(chǎn)生氣體的循環(huán)，達到用廢材自身的能量進行加熱設(shè)計，而且當(dāng)混合燃燒開始時，燈油燃燒器隨即停止，如圖 1 所示。
　　一般來說，CFRP中碳纖維與樹脂的比例約為1∶1，碳纖維再生工業(yè)公司注意到樹脂燃燒釋放的卡路里較高，從而開發(fā)了利用廢材自身所持有的能量進行碳纖維再生的節(jié)能技術(shù)。最初碳化工程所需的能量為每回收 1 kg碳纖維需15.3 MJ（非焦耳），而通過使用熱蒸汽使密閉容器內(nèi)的溫度均勻等手段，現(xiàn)已使能耗下降至6.71 MJ。 　　CFRP廢材燃燒時，可得到表面覆有殘留碳的碳纖維，在隨后的燒成工序中，需將溫度調(diào)高至碳纖維表面上僅殘留適度的碳，這樣所得碳纖維的強度較高。若燒成溫度再高一些，就可完全除去殘留碳，目前以480 ℃燒成 3 h最為合適。
　　2.4 西門子中央研究院
　　西門子中央研究院采用溶劑分解回收的方法，由廢CFRP部件中回收碳纖維。據(jù)介紹，所用溶劑不會破壞環(huán)境，所需能量比制造新的碳纖維要少得多，而且能回收CFRP中的碳纖維織物或纖維等原形，以便進一步加工成新的CFRP制品，并幾乎保留原有的力學(xué)性能。具體方法是在200 ℃和水的存在下對CFRP廢材施壓并進行加熱，使其中的樹脂轉(zhuǎn)化成低相對分子質(zhì)量的水溶性醇類。
　　2.5 德國寶馬和美國波音公司
　　2012年德國寶馬（BMW）汽車公司和美國波音飛機公司達成了共同研發(fā)碳纖維回收再生技術(shù)的協(xié)議，內(nèi)容包括制造技術(shù)秘密共享等，并致力于自動化過程的研究。
　　如所周知，這兩家公司都在積極從事CFRP制品的生產(chǎn)，其中波音公司采用約50%CFRP的B-787飛機已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化運行，目前月產(chǎn) 7 架，而BMW公司于2013年下半年開始銷售兩款使用了CFRP部件已批量生產(chǎn)的車型 —— BMW i3和BMW i8。因此，對這兩公司而言，研發(fā)可連續(xù)化的碳纖維回收技術(shù)和方法，成了不可回避的課題。
　　2.6 華東理工大學(xué)和波音公司
　　華東理工大學(xué)和波音公司最近簽署了利用太陽能從熱固型CFRP廢材中回收碳纖維的合作開發(fā)協(xié)議，旨在研發(fā)出一條低能耗并能由大尺寸CFRP廢材部件高效回收碳纖維的方法，以改進現(xiàn)有回收技術(shù)普遍存在能耗大、二次污染以及難以或無法得到連續(xù)有序的再生碳纖維的方法。