碳纤维复合材料日益普及，其使用量逐年上升。回收这些材料仍然很困难，但出于环境、经济和立法方面的原因，在欧洲层面仍然是必要的。在IMT Mines Albi，研究人员正在研究蒸汽热解法回收碳纤维。虽然这个过程提供了有希望的结果，但在开发回收系统之前需要采取许多步骤。
航空巨头空中客车公司和波音公司的闪亮新星，A350 和 787 梦幻客机，也是复合材料在我们环境中日益普及的象征。飞机、风力涡轮机、汽车和运动器材越来越多地包含这些材料。碳纤维复合材料仍占市场上复合材料的少数——远远落后于玻璃纤维——但每年以 10% 至 15% 的速度增长。制造商现在必须解决这些材料在使用寿命结束时会变成什么样的问题？在当今社会，考虑产品对环境的影响已不再是可选项，回收问题不容忽视。一项研究预测，到2025年，废弃的风电叶片将超过4700万吨。
废弃的风电叶片
在 IMT Mines Albi，Yannick Soudais [1]和 Gérard Bernhart [2]正在进行的科学研究解决了这个问题。聚合物和材料化学领域的研究人员正在开发一种回收碳纤维复合材料的新工艺。这是一项不小的任务，因为它需要将织物或单向长丝形式的纤维与形成其插入其中的基质的固体树脂聚合物分离。目前存在两种主要的方法来尝试将纤维与树脂分离：热解和溶剂分解。个包括在惰性氮气气氛中燃烧基质，以避免燃烧部分纤维。第二种是基于溶剂的化学方法，非常费力，因为它需要高温和高压。
阿尔比研究人员开发的过程称为“蒸汽热解”，并将这两个过程结合在一起。目前，向碳纤维的大规模再利用迈进是上有前景的解决方案之一。除了阿尔比，上只有少数其他研究中心在研究这个主题（主要在日本、和韩国）。“我们使用过热水蒸汽作为溶剂并引发化学降解反应，” Yannick Soudais 解释说。与热解不同，不需要氮气。与传统的化学方法相比，该过程是在大气压下进行的。简而言之：蒸汽热解更容易在工业规模上实施和掌握。
恢复后重复使用
重复使用碳纤维的简单方法是将相互连接的纤维束展开在平坦的表面上，并以这种形式重复使用，作为碳毡。因此，它们将用于制造装饰部件而不是结构部件的复合材料。回收纤维的尺寸还可以进一步减小，以用作聚合物颗粒的增强材料。例如，这种方法可以使用注塑法生产汽车零件。研究人员与位于图卢兹的公司 Alpha Recyclage Composites (ARC) 合作，进行了说明这种再利用类型的演示。
但真正的挑战仍然是能否将这些纤维重复用于更高性能的用途。为此，“我们必须能够用短纤维制造纺成纤维，”Gérard Bernhart 说。“我们正在与 ARC 合作对这一主题进行广泛的研究，因为到目前为止，上还没有人能够做到这一点。” 这些前景涉及纺织行业特有的技术，这就是研究人员与法国纺织服装研究所建立合作伙伴关系的原因。目前，这项工作仅处于探索阶段，重点是确定可用于开发重塑过程的技术。例如，一个想法是使用罗纹罗拉形成均匀的纱线，然后使用梳理机来形成均匀的巴里纱，然后是拉伸和纺纱阶段。
对于复合材料零件制造商来说，这些前景为开发更具经济竞争力的材料打开了大门。当然，回收是一个环境问题，某些法规为制造商制定了行为标准。例如，汽车制造商就是这种情况，他们必须确保，无论汽车中使用何种部件，85% 的汽车质量在其使用寿命结束时都可以回收利用。但成熟、高效的回收工艺也有助于降低碳纤维复合材料零件的制造成本。
当纤维是新的时，成本为每公斤 25 欧元，对于为高性能材料生产的纤维，甚至每公斤 80 欧元。“价格主要由纤维制造所涉及的材料和能源成本来解释，” Gérard Bernhart 说。因此，再生纤维将带来新的工业机会。这一经济方面与环境观点相去甚远，相反，它可能成为开发有效回收碳纤维系统的驱动力。