2000年，全球碳纤维需求量还不到2.0万吨，但2022年，仅中国的碳纤维需求已近7.44万吨。随着碳纤维产业进入发展期，碳纤维复合材料应用量不断增加，废料也相应产生。而废弃物可以通过回收和复合工艺变成回收碳纤维增强的复合材料，再次供应市场。
市场上的回收碳纤维主要以粉末、颗粒、丝状等形式存在。纤维以粉末或颗粒形式去使用时，回收碳纤维性能可达到原生碳纤维性能的90%-95%。合理利用回收碳纤维，能够在降低制品成本的同时解决碳纤维制品的废弃问题和环保问题。当下，各国都开始重视碳纤维材料的回收利用，并不断加大前沿技术研发和关键技术攻关力度。
目前，碳纤维复合材料的回收方法主要可归纳为三类：物理回收法、化学处理法、热解处理法。不论使用哪种回收方法，回收得到的碳纤维都很难维持连续纤维状态，长度多小于120mm。可根据纤维的长度区间将回收碳纤维再利用的路径分为以下三种：
A.纤维长度<6mm，作为填料加入复材原材料中；
B.6mm<纤维长度<70mm，制备成碳毡或SMC材料；
C.70mm<纤维长度<120mm，保持纤维取向，制备成热塑带材。
英国的Albis公司将回收得到的碳纤维与热塑树脂基体混合，制备成注塑粒子，再通过注塑工艺制备得到回收碳纤维复材产品；宝马集团将回收碳纤维与热塑树脂基体复合成打印材料，随后利用3D打印技术制备出FIA Formula E安全车MINI电动脚踏车零件；目前，国内外也有公司将回收碳纤维加入BMC原材料中，再通过模压工艺制备相关复材产品。
目前，已有厂家成功将回收碳纤维毡制备成预浸料；也有研发机构成功制备出由回收碳纤维毡预浸料模压成的电池壳上盖；ELG公司也成功将回收碳纤维用于SMC材料。但是，概因回收碳纤维长度不一、难以直接分散成片重均匀的纤维层，所以目前市场上尚未出现直接将回收碳纤维丝制备成SMC材料的实例，同时也没有相关技术难点的报道。
注：虽然宝马集团使用回收的碳纤维生产出SMC-增强柱，但此类回收碳纤维只是由织物边角料制备的SMC材料。
德国复合材料研究所采用合适的碳纤维回收方法，得到纤维长度较长的碳纤维丝，采用梳理等方法保持其纤维取向，随后通过其自研的粘接网设备，使用PA材质的粘接网将回收碳纤维丝束包覆其中，制备得到热塑基带材，再通过自动铺带技术（ATL）对其进行铺层设计，得到预制体，最后通过热塑模压工艺或RTM工艺，制备得到rCF复材产品。研究结果表明，在纤维取向上，回收碳纤维制备成的热塑带材性能略低于原生碳纤维性能，但远高于碳毡类型的回收碳纤维材料性能。因此，保持纤维取向，将回收碳纤维制备成热塑基带材可作为回收碳纤维制备较高力学性能产品的路径之一。
相信随着回收技术的成熟，相关应用带来的环保效益和经济效益将不断提升，回收碳纤维的市场规模会进一步扩大，并推动相关行业高质量发展。
参考资料
[1]《2022年全球碳纤维复合材料市场报告》
[2] 中商情报网（www.askci.com）
[3] 新材料在线（www.xincailiao.com）
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原文始发于微信公众号（黑话碳纤维）：见解 | 浅析回收碳纤维再利用的3大路径