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碳纤维回收的二十年历程

2025-03-20 16:181130
 Gen 2 Carbon代表着20年来在碳纤维废料再利用方面的创新。他们的热回收系统经过不断优化,以提升回收纤维的性能,同时推动商业化产品的开发。目前,这些产品已在多个行业实现大规模生产。

 

图1:2013 年第一代回收炉 © Gen 2 Carbon

时间回到 2004 年——那一年,Facebook 刚刚诞生。在苏格兰北部,碳纤维制造行业的资深人士 John Davidson 开始思考如何有效利用客户产生的碳纤维废料。他坚信这些废料仍然具有价值,于是开始研究纤维回收工艺,由此创立了 Milled Carbon Ltd,这家公司后来更名为 Gen 2 Carbon Ltd。

 

回收碳纤维 © Gen 2 Carbon

Davidson 和团队选择了热处理作为主要回收方法,因为这种工艺适用于多种树脂类型,同时还能处理碳纤维废料中常见的背衬材料和金属嵌件。他们开发的连续热解工艺与 Davidson 熟悉的碳纤维制造工艺部分相似。

当时,波音公司负责飞机与复合材料回收项目的经理 Bill Carberry 正在寻找 波音 787 Dreamliner的循环利用方案,该机型即将进入试飞阶段。通过英国航空器废料回收网络 WINGNet,Carberry 结识了 Davidson,并在 2005 年将回收纤维送往北卡罗来纳州立大学进行测试。结果显示,这些纤维的性能远超预期。

工业化挑战

团队在英国西米德兰兹购置并改造了一台二手退火炉,用于碳纤维回收。他们很快发现,在树脂分解过程中释放的烟雾能够保护碳纤维免受氧化,这一发现成为 2009-2011 年获批的专利技术的核心基础。

 采用回收碳纤维车身的 Morris JE 轻型电动商用车© Gen 2 Carbon

然而,早期的大规模试验结果并不稳定,回收纤维的性能存在较大波动,抗拉强度损失高达30%,杨氏模量损失 10%。为了实现稳定输出,团队研发了高效气体处理系统,在提高生产效率的同时确保纤维质量。他们很快掌握了最佳工艺参数,优化了产量和纤维性能,成功处理了干态原料、预浸料及层压板等混合废料(见图 1)。

 
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