复合材料回收：释放碳纤维废料价值

2016 年 4 月，我撰写专栏“回收碳纤维能否变性感？”。当时我在底特律北美国际车展上见到宝马 i8 的车顶面板，由清漆涂覆的可见碳纤维毡制成，源自宝马复材制造过程的边角料回收再利用。当时极具前瞻性，因展会上所有其他可见碳纤维均为编织织物，清漆下呈经典碳纤维“外观”。

此后形势大变，多种复材回收技术成熟并涌现多家企业。复材回收也吸引风投和战略投资，如 Hexcel（美国康涅狄格州斯坦福德）2016 年入股 Carbon Conversions Inc.（美国南卡罗来纳州湖城），三菱商事（日本东京）2018 年 12 月收购 ELG Carbon Fibre Ltd.（英国科斯利）25% 股份。或许最重要的是不断增长的终端应用采用回收复材，从井盖、公园长椅到 3D 打印材料等。

在 CompositesWorld 2018 年 12 月碳纤维大会上，ELG、Vartega Inc.（美国科罗拉多州戈登）和复合材料回收技术中心（CRTC，美国华盛顿州安吉利斯港）演讲者展示了回收复材性能（据称与原生材料相当）及已创建的终端应用，可能带来巨大需求。

回收复合材料和废料有两大目标：一是避免废料填埋，二是寻找回收再利用这些材料用于有用（且盈利）应用的途径。但哪些方法实现哪些目标？哪些适合各种原料？为开启对话，我提议按六个层级分类回收技术：

第 0 级是最小化填埋废料，由提高材料利用率和在同一复材制造设施内将边角料再融入其他产品主导。包括使用自动铺带（ATL）和自动铺丝（AFP）等低废工艺铺设干纤维和预浸料，以及将废料重磨或切碎与连续或不连续材料结合用于中间层、注塑或压缩模塑。适用于热固性和热塑性，应是所有制造商的优先事项。

第 1 级是再利用即将填埋的废料。包括干纤维废料的粉碎、切碎和毡形式，以及将可能过期或不合格的未固化预浸料模塑成性能要求较低的产品。有多家废纤维处理商，和几家预浸料“再利用”实体如 CRTC。

第 2 级是将固化复材以及废纤维和未固化预浸料粉碎，与额外树脂结合粘合成各种面板和产品，替代金属、木材和混凝土。原料可含报废风机叶片、船只、飞机部件和汽车零部件，可为玻纤、碳纤维或泡沫芯材。Global Fiberglass Solutions Inc.（美国华盛顿州博塞尔）和 GreenTex Solutions LLC（美国南卡罗来纳州查尔斯顿）属此层级。

第 3 级从中间产品形式（如未固化热固性和热塑性预浸料）回收纤维，获得性能基本等同原纤维的纤维，但主要呈不连续“絮状”或颗粒形式，或无纺布形式。ELG 和 Carbon Conversions（均用热解）及 Vartega（用溶剂解）提供此层级碳纤维。

第 4 级（固化复材废料和废品）和 第 5 级（报废部件）的纤维回收是复材回收的“圣杯”。可用技术包括高温热解（ELG 和 Carbon Conversions）、湿法化学聚合物分解（Adherent Technologies，美国新墨西哥州阿尔伯克基）和 CHZ Technologies（美国阿拉巴马州奥本）开发的双能生产/纤维回收热解法。这些技术的经济规模化对长期成功至关重要。

鉴于现有选项，复材制造商需考虑将回收公司纳入复材供应链，如同纤维、树脂和预浸料供应商。为此，他们需准备投入研发资金帮助这些演进技术成熟。12 月，波音宣布与 ELG 签署五年协议，从 11 个制造基地发送固化（第 4 级）和未固化（第 3 级）复材废料至 ELG 回收碳纤维。这是个开始，其他制造商该跟进了。没有借口。