2.7 德國RWTH Aachen大學(xué)紡織技術(shù)研究所
德國RWTH Aachen大學(xué)紡織技術(shù)研究所利用碳粗紗(6 ~ 24 K,單絲直徑 7 μm)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢絲以及卷曲或非卷曲碳纖維織物切割時產(chǎn)生的邊角料,研發(fā)出了 3種碳廢絲的切割裝置(圖 2)及其空氣動力學(xué)非織造布的生產(chǎn)技術(shù),由它可連續(xù)生產(chǎn)再生碳纖維非織造布。
該所同時還對上述 3 種不同切割裝置所生產(chǎn)的短切碳纖維(圖 3,纖維長度>15 mm)提出了碳纖維長度的測定和表征方法。其中切割機(jī)(圖2(a))法中,在切割機(jī)的轉(zhuǎn)子上裝有易替換的刀片和外罩,可以15 m/s的高速度運行,這些葉片相互略有傾斜,以達(dá)到斜向切割,可制成30 mm和60 mm等長度;單軸切碎機(jī)(圖2(b))法中,切割機(jī)以 5 ~ 10 m/s的速度中速運行,由一個活塞推動進(jìn)口廢絲朝轉(zhuǎn)子方向行進(jìn),轉(zhuǎn)子上裝有易替換的切割齒,當(dāng)超載時轉(zhuǎn)子會自動反轉(zhuǎn),可制成60 mm等長度的纖維;旋轉(zhuǎn)剪切機(jī)(圖2(c))法中,切割機(jī)以0.3 ~ 0.8 m/s的速度低速運行,其兩軸相連,因此靠本身的旋轉(zhuǎn)剪切力就可供入原料,每個軸上裝有幾個切割盤,再生碳纖維在兩個相對的切盤間被切割,當(dāng)出現(xiàn)超載時,雙軸會自動反轉(zhuǎn)。
試驗結(jié)果表明,單軸切碎機(jī)和旋轉(zhuǎn)剪切機(jī)都適于生產(chǎn)較短的短切纖維,但會產(chǎn)生大量粉塵;而切割機(jī)法適合生產(chǎn)較長的纖維,且粉塵量少。圖 4 所示為采用切割機(jī)所生產(chǎn)的碳纖維長度的表征結(jié)果。通過比較可以發(fā)現(xiàn),纖維的平均長度和標(biāo)準(zhǔn)偏差值取決于所使用的測試方法和切割進(jìn)程。這兩種方法均顯示出有所差別和較高的標(biāo)準(zhǔn)偏差及離散系數(shù),而人工法(DIN)卻顯示出較大的纖維平均長度及較小的長度偏差。實驗證明,經(jīng)第一切割周期后,不同纖維樣品的平均長度變化較大(樣品 1 ~ 3),但經(jīng)切割 3 ~ 5次后(樣品 4 ~ 11)則趨于均勻,但標(biāo)準(zhǔn)偏差仍居高位。
總之,切割機(jī)法最適于由碳纖維粗紗的廢品制取短纖維。
2.8 德國薩克森紡織研究所(STFI)等
STFI從事對碳纖維和CFRP生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的多種廢料等的再利用研究,并將回收的碳纖維應(yīng)用于加工非織造布。其研究的再生碳纖維可充分保持原有特性,并以長度50 ~ 100 mm的形式加以利用。同時該所還開展用碳纖維正品與再生碳纖維形成共混網(wǎng)材的技術(shù)研發(fā),以提高綜合使用性能、耐變形性能和耐破裂強(qiáng)度等。
德國Thuringen纖維塑料研究所(TITK)則研發(fā)將切碎的碳纖維加工形成網(wǎng)材的技術(shù)。
CFK Valley Stade Recycling公司也表示,將熱處理后的再生碳纖維切割成10 mm后就可用梳棉機(jī)制成網(wǎng)材。試驗結(jié)果表明,還可使用長度100 mm的碳纖維正品與30 mm的再生碳纖維加工形成共混網(wǎng)材。
Bonding工程公司曾報道,采用該公司的Maliwatt針刺結(jié)合法也可有效形成短切碳纖維網(wǎng),即在梳棉工序就可形成由100%長50 ~ 100 mm的碳纖維正品與30 mm長的再生碳纖維制成的共混網(wǎng)材,它可作為CFRP的基礎(chǔ)材料。由該工序所形成的再生碳纖維所制成的CFRP,已確認(rèn)可應(yīng)用于以往的多個領(lǐng)域,但在汽車領(lǐng)域,考慮到安全因素,只限于內(nèi)裝的坐席和轎車車尾的行李廂中。
2.9 其他
日立化成開發(fā)了采用常壓溶解法由CFRP廢料回收再生碳纖維的技術(shù),信州大學(xué)開發(fā)了利用氧化物半導(dǎo)體的熱活性回收碳纖維的技術(shù),而靜岡大學(xué)則利用超臨界或亞臨界流體回收再生碳纖維的技術(shù),據(jù)說我國的上海交通大學(xué)也在研發(fā)相關(guān)技術(shù)。
3 結(jié)語
目前,我國某些大學(xué)和科研院所也在開展由廢CFRP回收碳纖維的技術(shù),但要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化尚需時日。在國外,隨著一些CFRP汽車產(chǎn)品進(jìn)入報廢期,當(dāng)務(wù)之急便是開發(fā)大規(guī)?;厥仗祭w維的連續(xù)化、低成本和低能耗的回收生產(chǎn)線,以避免這些廢材在將來堆積如山。
另外,碳纖維生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢絲或是深加工過程及CFRP制備過程中所產(chǎn)生的廢品,將隨著產(chǎn)量的迅速增加而不斷增多。對于生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢絲,目前國內(nèi)外生產(chǎn)廠家都已將其加工成短切或研磨碳纖維出售,而CFRP廢品仍需針對產(chǎn)品的具體特點,通過適用的回收技術(shù)加以利用。
據(jù)了解,目前我國已有30多家規(guī)模不一的碳纖維生產(chǎn)廠以及數(shù)百家下游CFRP生產(chǎn)廠,而且據(jù)預(yù)測到2017年前后,我國有望變成全球最大的碳纖維消費國,因此及早研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CFRP廢材回收技術(shù)已是相關(guān)行業(yè)刻不容緩的責(zé)任,國家有關(guān)部門應(yīng)予以政策和資金上的大力支持。