碳纖維復(fù)合材料廢棄物低成本回收技術(shù)取得重大進(jìn)展 ——上海交大團(tuán)隊(duì)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)行業(yè)空白 變廢為寶拯救價(jià)值五十億面臨廢棄的材料之王
碳纖維復(fù)合材料廢棄物低成本回收技術(shù)取得重大進(jìn)展 ——上海交大團(tuán)隊(duì)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)行業(yè)空白 變廢為寶拯救價(jià)值五十億面臨廢棄的材料之王
2016-01-26
?
?? 2016年1月18日，上海交通大學(xué)舉辦新聞發(fā)布會(huì)，宣布我?；瘜W(xué)化工學(xué)院王新靈教授研究團(tuán)隊(duì)的楊斌副教授成功開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)第一項(xiàng)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的碳纖維復(fù)合材料廢棄物新型裂解回收技術(shù)和裝備。該項(xiàng)目經(jīng)過(guò)5年艱苦的技術(shù)攻關(guān)，已達(dá)到具有國(guó)際水平的規(guī)?；a(chǎn)能力，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的空白。目前該項(xiàng)技術(shù)已被中國(guó)汽車技術(shù)研究中心增補(bǔ)到2015年《車用材料可再利用性和可回收利用性通用判定指南》行業(yè)規(guī)范，具有重要的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景。
?
?
? 吳旦副校長(zhǎng)出席發(fā)布會(huì)并致辭。發(fā)布會(huì)邀請(qǐng)到北京航空材料研究院科技委主任、先進(jìn)復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、國(guó)際先進(jìn)材料與工藝技術(shù)學(xué)會(huì)（SAMPE）北京分會(huì)主席益小蘇教授,中航工業(yè)沈飛民用飛機(jī)有限公司柳作宇副總經(jīng)理,中航工業(yè)沈飛民用飛機(jī)有限公司研發(fā)中心黃文超主管工程師,中國(guó)航天長(zhǎng)征睿特（上海）科技有限公司葛雷總經(jīng)理,國(guó)際汽車輕量化綠色科技聯(lián)盟陳平生秘書長(zhǎng),上海飛天眾智科技服務(wù)有限公司顧福元經(jīng)理和樊光輝經(jīng)理等多位航空航天、汽車等領(lǐng)域的專家學(xué)者和業(yè)界人士。 我?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展研究院周薇副院長(zhǎng)、先進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院粟瑩副院長(zhǎng)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)公司劉群彥總經(jīng)理以及化學(xué)化工學(xué)院院長(zhǎng)陳接勝教授、黨委書記朱新遠(yuǎn)教授也一同出席了此次發(fā)布會(huì)。發(fā)布會(huì)由校黨委宣傳部朱敏副部長(zhǎng)主持。30多家國(guó)內(nèi)主流媒體參加了此次發(fā)布會(huì)。
?
?
神秘的“材料之王”從天上走向人間
?? 飛機(jī)、汽車、自行車、球拍、釣竿、登山杖、船槳、賽艇......人們的日常生活中無(wú)處不充斥著碳纖維的身影。碳纖維(Carbon Fiber)是一種由碳元素組成的黑色特種無(wú)機(jī)高分子纖維，直徑5～8微米，只有頭發(fā)絲的十分之一，密度為鋼的四分之一，比強(qiáng)度卻是鋼的十倍。其分子結(jié)構(gòu)介于石墨與金剛石之間，含碳量一般在9O%以上。
?? 因具有強(qiáng)度高、超輕、耐高溫高壓等特點(diǎn)，由碳纖維制成的熱固性樹脂基復(fù)合材料（簡(jiǎn)稱碳纖維復(fù)合材料）被喻為當(dāng)今世界的“新材料之王”，始終是美、日、德等發(fā)達(dá)國(guó)家多年來(lái)重要的國(guó)家戰(zhàn)略物資，用于制造航天飛船、飛機(jī)、通信衛(wèi)星和尖端武器等。
?? 隨著碳纖維大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化條件的日漸成熟，碳纖維復(fù)合材料的潛力正在被不斷開(kāi)發(fā)，開(kāi)始從“天上”走向“人間”，造福廣大百姓。用碳纖維復(fù)合材料開(kāi)發(fā)出的多樣化民用產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用于民用飛機(jī)、汽車工業(yè)、風(fēng)力發(fā)電、油田開(kāi)采、電力設(shè)施、建筑等領(lǐng)域。由美國(guó)波音公司生產(chǎn)的波音787夢(mèng)想飛機(jī)，其碳纖維復(fù)合材料使用量占50%，而且航空業(yè)已經(jīng)把碳纖維復(fù)合材料在飛機(jī)上的使用量作為技術(shù)先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一。在汽車領(lǐng)域，作為實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo)的主要技術(shù)，碳纖維復(fù)合材料代替鋼材能夠使汽車零部件重量減少50%以上，某知名汽車品牌部分款型汽車使用了大量的碳纖維復(fù)合材料，使整車減重超過(guò)30%以上，顯著降低了油耗以及二氧化碳的排放量。我國(guó)也在積極推進(jìn)碳纖維復(fù)合材料在普通家用汽車上的應(yīng)用。
“金鐘罩”護(hù)體百蝕不侵? 50億高回收價(jià)值碳纖維面臨廢棄
?? 據(jù)預(yù)測(cè)，全球廢棄碳纖維復(fù)合材料制品至2020年可達(dá)5萬(wàn)噸，其中碳纖維2.5萬(wàn)噸以上，按平均價(jià)格200元／千克計(jì)算，價(jià)值約合人民幣50億元以上。每100千克航空碳纖維復(fù)合材料廢棄物中，就有大約60～70千克的碳纖維，這些碳纖維仍然具有極高的再利用價(jià)值，其力學(xué)強(qiáng)度和電、磁、熱性能幾乎與原有碳纖維相當(dāng)，可用來(lái)重新制備高性能復(fù)合材料。
?? 雖然有極高的再利用價(jià)值，但在實(shí)際操作過(guò)程中卻阻礙重重。常用的碳纖維復(fù)合材料主要由碳纖維和熱固性樹脂復(fù)合而成，具有不溶不熔的特性。有了這層“金鐘罩”的保護(hù)，想對(duì)其進(jìn)行回收再利用便非常困難，這已經(jīng)成為了阻礙復(fù)合材料發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。
?? 以前碳纖維復(fù)合材料用量少、相應(yīng)的法律法規(guī)不完善，碳纖維復(fù)合材料廢棄物都是通過(guò)掩埋或者焚燒方法處理，既污染環(huán)境、也造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，政府均已立法禁止。隨著碳纖維復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用，報(bào)廢的產(chǎn)品是否能如鋼鐵、鋁合金材料經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理再次利用是人們亟待解決的重要挑戰(zhàn)。因此把碳纖維復(fù)合材料廢棄物中的碳纖維回收并重新利用，同時(shí)將廢棄物中的熱固性樹脂以能源或材料方式回收，對(duì)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和諧社會(huì)，響應(yīng)國(guó)內(nèi)外保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的號(hào)召具有重要意義。?
5年攻關(guān)化解重重阻礙? “變廢為寶”填補(bǔ)國(guó)內(nèi)回收領(lǐng)域空白
?? 碳纖維復(fù)合材料的回收是指通過(guò)溶解法或者熱解法把碳纖維復(fù)合材料中的熱固性基體樹脂分解成小分子物質(zhì)，從而將其中的高價(jià)值碳纖維分離出來(lái)。溶解法是利用特殊化學(xué)溶劑或者超臨界流體的強(qiáng)溶解性分解復(fù)合材料，可最大限度地保留碳纖維的原始性能，但分解時(shí)間長(zhǎng)、化學(xué)溶劑的回收、難以連續(xù)化處理以及高溫高壓超臨界裝備的高投資，使得該技術(shù)離工業(yè)化有很大距離。熱解法又分為有氧環(huán)境下的熱解和無(wú)氧環(huán)境下的熱解兩種，前者的代表性技術(shù)是流化床分解法，該法的基本原理是把預(yù)先粉末化的碳纖維復(fù)合材料投入到500～600℃流化床反應(yīng)器內(nèi)，復(fù)合材料中的熱固性樹脂在被高速熱空氣流（有氧環(huán)境）流態(tài)化的過(guò)程中燃燒分解，從而分離出碳纖維。受高溫及流化中碰撞和砂粒磨損的影響，流化床分解法得到的碳纖維力學(xué)性能下降嚴(yán)重，影響再生碳纖維的應(yīng)用范圍，此外還存在再生碳纖維長(zhǎng)度短、回收率低等缺陷，目前尚無(wú)工業(yè)化應(yīng)用。無(wú)氧環(huán)境下的熱解法又稱裂解法，熱固性樹脂在裂解反應(yīng)器340～600℃的無(wú)氧環(huán)境中不發(fā)生燃燒、而發(fā)生斷鏈降解成有機(jī)小分子混合物，該混合物經(jīng)過(guò)重整可用作燃油和燃?xì)鉃榱呀庀到y(tǒng)提供一定的能量，因此裂解法具有工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、能耗較低、所得的碳纖維性能保持率高、連續(xù)化可行等特點(diǎn)，是目前唯一達(dá)到工業(yè)化的回收技術(shù)。
?
?
?? 上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院王新靈教授研究團(tuán)隊(duì)在上海市發(fā)改委“上海交通大學(xué)大型民機(jī)創(chuàng)新工程”項(xiàng)目資助下，于2010年前瞻性地由楊斌副教授負(fù)責(zé)開(kāi)始從事以規(guī)?；祭w維復(fù)合材料廢棄物回收技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。經(jīng)過(guò)5年艱苦的技術(shù)攻關(guān)，針對(duì)裂解法固有的缺陷，創(chuàng)新性地提出了完善的解決方案，同時(shí)解決了工程放大中遇到的一系列關(guān)鍵問(wèn)題，成功開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)第一項(xiàng)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)?；男滦土呀饣厥占夹g(shù)和裝備，碳纖維復(fù)合材料廢棄物的年處理能力超過(guò)200噸。目前全球僅德國(guó)（ELG Carbon Fibre Ltd）、日本(碳纖維回收工業(yè)公司)和美國(guó)（MIT-RCF Ltd）的三家公司擁有回收處理碳纖維復(fù)合材料廢棄物的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)相比，上海交通大學(xué)的回收技術(shù)具有廢棄物處理前可保留大尺寸的特點(diǎn)，這樣既免除了廢棄物切割、粉碎的工序，更重要的是保持了再生碳纖維的足夠長(zhǎng)度、提高了碳纖維再利用的價(jià)值。該項(xiàng)技術(shù)得到的再生碳纖維的性能和單位能耗均達(dá)到了國(guó)際水平，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的空白。
?
?
?
?? 先進(jìn)復(fù)合材料領(lǐng)域著名專家杜善義院士十分支持及贊賞楊斌副教授在解決碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域做出的突破性貢獻(xiàn)，表示碳纖維復(fù)合材料的回收再利用是一個(gè)重要的技術(shù)問(wèn)題，更是涉及產(chǎn)業(yè)可持續(xù)性的戰(zhàn)略問(wèn)題。
?? 北京航空材料研究院科技委主任、先進(jìn)復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任益小蘇教授說(shuō):“大家可能都注意到了，國(guó)家正在大力推廣碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用?；仡櫸覈?guó)改革開(kāi)放三十年走過(guò)的道路，不能不說(shuō)的是，在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時(shí)候我們?cè)?jīng)忽略了資源和環(huán)境，全國(guó)性的霧霾災(zāi)難就是這樣一個(gè)苦果！今天，上海交大已考慮到碳纖維復(fù)合材料大量應(yīng)用之后的環(huán)境與資源問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的回收再利用技術(shù)，‘山雨欲來(lái)，及早綢繆’，真是一個(gè)值得表彰的大好事。我在北京建立的“綠色復(fù)合材料北京市工程實(shí)驗(yàn)室”，與上海交大的考慮異曲同工，因此，建議我們兩家建立聯(lián)系，推進(jìn)合作，共同為我們美麗家園的綠水藍(lán)天而奮斗，為中國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展而奮斗。”
??? 上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院分黨委書記朱新遠(yuǎn)教授說(shuō)：“碳纖維復(fù)合材料廢棄物低成本回收以及應(yīng)用技術(shù)”，是我院王新靈教授、楊斌副教授多年努力形成的科技成果，很好的對(duì)接國(guó)家戰(zhàn)略需求、解決碳纖維復(fù)合材料快速發(fā)展中的一個(gè)關(guān)鍵難題；另外，該技術(shù)也為碳纖維復(fù)合材料在汽車輕量化上應(yīng)用提供了法規(guī)依據(jù)，為綠色制造、循環(huán)經(jīng)濟(jì)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。我們將依托上海交通大學(xué)強(qiáng)大的材料學(xué)科，大力促進(jìn)該項(xiàng)科技成果的轉(zhuǎn)化、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化?！?/span>
?? 在國(guó)家工信部2015年11月17日頒布的“十三五”期間優(yōu)先發(fā)展的205項(xiàng)產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)中，作為“智能制造裝備”技術(shù)之一的“碳纖維復(fù)合材料廢棄物低成本回收以及應(yīng)用技術(shù)”赫然在目。而上海交大的研究團(tuán)隊(duì)在五年前便前瞻性的從事該領(lǐng)域技術(shù)裝備的開(kāi)發(fā)，目前已經(jīng)成功解決了航空航天復(fù)合材料廢棄物不能填埋、在倉(cāng)庫(kù)中大量堆積無(wú)法消化的問(wèn)題；未來(lái)，該技術(shù)將在汽車行業(yè)中大放光彩，為汽車輕量化、低碳化發(fā)展奠定技術(shù)保障。經(jīng)過(guò)中國(guó)汽車技術(shù)研究中心重點(diǎn)調(diào)研及論證，本項(xiàng)技術(shù)作為國(guó)內(nèi)唯一一項(xiàng)碳纖維復(fù)合材料回收再利用技術(shù)，已被增補(bǔ)到2015年《車用材料可再利用性和可回收利用性通用判定指南》“已驗(yàn)證再利用技術(shù)清單”行業(yè)規(guī)范中，為碳纖維復(fù)合材料在汽車上應(yīng)用提供了必要的法規(guī)依據(jù)，相信“利用科技，倡導(dǎo)低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)，以減輕碳排放”的美好目標(biāo)將離我們?cè)絹?lái)越近。
?
撰稿：劉媛 劉怡婷
攝影：趙喜安 劉怡婷
?
?
上一篇 下一篇
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁(yè)的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開(kāi)發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com