碳纖維是一種含碳量在90%以上的強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕、擁有良好的吸能效果的材料，可以取代很多傳統(tǒng)材料，對(duì)于汽車(chē)輕量化具有跨時(shí)代的意義。不過(guò)高昂的價(jià)格讓車(chē)企和消費(fèi)者望而卻步，近幾年成本稍有降低才得以民用，目前每千克200~250元的價(jià)格，依然遠(yuǎn)超傳統(tǒng)材料，使得很多汽車(chē)企業(yè)在使用碳纖維時(shí)捉襟見(jiàn)肘。
汽車(chē)行業(yè)碳纖維使用現(xiàn)狀
在包括汽車(chē)在內(nèi)的其他行業(yè)，近幾年對(duì)碳纖維需求量增長(zhǎng)非常迅速，預(yù)計(jì)2020年將增長(zhǎng)至每年14萬(wàn)噸。碳纖維在機(jī)動(dòng)車(chē)行業(yè)使用壽命為15年，在航空領(lǐng)域是20到25年，并且目前的飛機(jī)機(jī)身碳纖維占比為40%，所以在未來(lái)10年到20年，市場(chǎng)上會(huì)有大量的碳纖維材料需要去回收，中國(guó)2017年4月份出臺(tái)了《循環(huán)發(fā)展引領(lǐng)行動(dòng)》，10月份推出《產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)發(fā)展指南》，里面都提到碳纖維復(fù)合材料的回收再利用。
如今除了寶馬I3碳纖維復(fù)合材料占比達(dá)50%，大部分燃油車(chē)依然是使用鋼材或者合金車(chē)身，新能源車(chē)之前多采用全鋁車(chē)身和碳纖維車(chē)身，隨著動(dòng)力的增強(qiáng)，為了削減成本也開(kāi)始使用鋼鐵以及合金，比如特斯拉Model S采用全鋁車(chē)身，現(xiàn)在新款Model 3換成了鋼、鋁混合車(chē)身，寶馬I3將換成鋼、鋁、碳混合車(chē)身，國(guó)產(chǎn)新能源汽車(chē)更多是小型車(chē)，多采用低成本全鋁合金框架，整體汽車(chē)行業(yè)碳纖維使用率較低，難以實(shí)現(xiàn)極致的輕量化，碳纖維的回收勢(shì)在必行。
高效率回收仍面臨技術(shù)難關(guān)
首先熱固性的聚合物不能直接加熱重新塑型，并且而且回收材料往往摻雜污染物，如金屬以及塑料的碎屑，如果想要讓目前的回收技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，就必須要解決成本問(wèn)題，在2018車(chē)用材料（西青）國(guó)際論壇中來(lái)自諾丁漢大學(xué)的孟凡然教授帶來(lái)了他們的實(shí)驗(yàn)成果。
目前的碳纖維回收工藝主要分為三種，機(jī)械法、化學(xué)法以及熱解法，機(jī)械回收方法并不適用于汽車(chē)用碳纖維復(fù)合材料的回收，且化學(xué)法回收仍然局限于實(shí)驗(yàn)室階段，距離工業(yè)化生產(chǎn)還有較大差距，因此目前熱解法是目前唯一實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的碳纖維復(fù)合材料回收技術(shù)。
目前的碳纖維回收工藝主要分為三種，機(jī)械法、化學(xué)法以及熱解法，機(jī)械回收方法并不適用于汽車(chē)用碳纖維復(fù)合材料的回收，且化學(xué)法回收仍然局限于實(shí)驗(yàn)室階段，距離工業(yè)化生產(chǎn)還有較大差距，因此目前熱解法是目前唯一實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的碳纖維復(fù)合材料回收技術(shù)。
實(shí)驗(yàn)所采用的是熱解法中流化床的回收工藝，首先將廢料裝填進(jìn)流化床，流化床經(jīng)過(guò)500度以上的高溫，回收的聚合物通過(guò)氧化清除之后，剩下的就是碳纖維。碳纖維再經(jīng)過(guò)回收流程予以收集，剩下的廢氣可以進(jìn)行循環(huán)，整個(gè)流程可以回收廢物當(dāng)中的碳纖維，有效的分離污染物和碳纖維，包括其中的雜質(zhì)。并且利用廢氣的循環(huán)降低整個(gè)流程的耗能，實(shí)現(xiàn)了能量回流，擁有良好的市場(chǎng)前景。
不過(guò)回收的碳纖維和傳統(tǒng)材料是不一樣的，不能直接用于最終產(chǎn)品的制造，要用回收的碳纖維去進(jìn)行中間的處理，包括纖維的分布、懸浮、熱干燥等過(guò)程，最后還需要將得到的碳纖維進(jìn)行排列，利用旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)箍可以對(duì)纖維的方向進(jìn)行校正和統(tǒng)一，最后得到經(jīng)過(guò)調(diào)整和排列的碳纖維材料，用來(lái)生成高強(qiáng)度的碳纖維復(fù)合材料。
從回收料分解到后面復(fù)合物生產(chǎn)以及機(jī)動(dòng)車(chē)零部件生產(chǎn)，很多的變量都影響著回收的成本，包括輸送廢料的速度以及廢料的品質(zhì)，送料較快時(shí)能量消耗明顯減少。
同時(shí)，如果從全生命周期來(lái)看，再生碳纖生產(chǎn)的整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性為20%到60%不等，回收的復(fù)合物可以降低溫室氣體排放，在進(jìn)行排列之后能夠帶來(lái)更高的強(qiáng)度，再生碳纖維的性能相較傳統(tǒng)材料，依然有明顯的優(yōu)勢(shì)。
來(lái)源：第一電動(dòng)網(wǎng)? 作者： 王寧