碳纤维回收再创新：使用高功率激光在高温下对基体进行局部降解

碳纤维复合材料强度高、重量轻，是许多行业的首选材料。但是，这些高性能材料的处理和回收却带来了巨大的挑战。弗劳恩霍夫电磁干扰研究所的研究团队现已开发出一种工艺，可以在不影响其机械性能的情况下，有效地将废旧复合材料中的纤维制备成可再利用的材料。目前的纤维增强塑料回收方法涉及粉碎步骤，这会缩短纤维的长度，导致循环利用率降低。

碳纤维复合材料由嵌入聚合物中的纤维纱组成。这样可以将纤维固定在一起，保持部件的几何形状，并保护纤维不受环境影响。纤维可以嵌入两种塑料中：热固性复合材料由不能熔化的基体组成，这意味着它们不能再加工，其行为就像粘合剂，固化后形成持久的粘合。相比之下，热塑性复合材料可以熔化和再加工。不过，热固性塑料更容易加工，因此在工业结构应用中使用得更频繁。

弗劳恩霍夫电磁干扰研究所的研究人员使用高功率激光对热固性复合材料中的纤维增强层进行可控回收。这种方法尤其适用于加压氢气罐，在氢气罐的塑料内衬上缠绕连续的碳纤维粗纱，使氢气罐能够承受高达 700 巴的内部工作压力。

这种创新回收方法的优势在于能够通过局部热解去除碳纤维周围的热固性基体，而碳纤维本身几乎不受损坏。“项目经理马修-英伯特（Mathieu Imbert）解释说："这种工艺的特殊之处在于，我们同时进行基体热解和纤维粗纱开卷，速度合理，不会损坏碳纤维。

挑战在于确定最佳工艺窗口，因为基体热降解发生在 300 至 600 摄氏度的温度下，而纤维可能在温度达到约 600 摄氏度时开始受损。“我们在工艺效率和回收材料质量之间找到了一个很好的折衷方案。我们的研究结果表明，通过这种方法回收的连续纤维具有与新纤维相同的优异性能，因此这种方法极具吸引力"，Imbert 说道。

这种创新方法不仅具有生态效益，还为回收公司带来了巨大的经济潜力。由于加热是在局部进行的，纤维粗纱也是在同一时间连续回收的，因此不需要通常使用厚壁氢气罐时所需的较长的热解时间和较高的工艺成本。此外，激光辅助再生工艺所需的能量仅为生产新纤维的五分之一。在当前能源成本上升和环保要求不断提高的背景下，这些都是关键优势。该项目预计将持续到 2025 年底。它是由德国联邦经济事务和气候行动部（BMWK）资助的 DigiTain 项目的一部分。研究人员目前正在努力使该工艺更加节能，并进一步提高再生纤维的质量。研究小组认为，回收材料的高质量与低工艺成本之间的积极联系是他们计划将这种新方法推广到回收行业的关键因素。