日法拟在飞机碳纤维再利用领域展开合作

 日本和法国两国政府将在飞机碳纤维再利用技术开发方面展开合作。日本经济产业省将与法国政府和欧洲空客合作,建立日本企业参与其中的框架。碳纤维在轻量性和耐久性方面性能优异,被视为新一代飞机的零部件材料。但缺乏大规模的再利用框架,日法联盟将主导开发相关技术。

9月25日,日本经济产业省将与法国政府、空客在名古屋市举行面向日本企业的会议,发布碳纤维再利用等环保领域的合作战略。碳纤维的重量仅为钢铁的4分之1左右,但强度能达到10倍以上。东丽、帝人和三菱化学这3家日本企业掌握全球市场份额的约6成,已开始在飞机上应用。

日本经济产业省将招募包括碳纤维制造商在内的日本企业参加上述框架,计划在相关大学的协助下,构建碳纤维回收、并以低成本再次投入飞机和汽车生产的机制。

尤其是在飞机相关领域,材料再利用后必须要符合各国监管机构严格的安全标准。日本经济产业省期待,与空客的合作将给日本企业带来新的商机。

关于碳纤维的再利用,目前仍未实现真正的实用化。制造中出现的边角料及报废飞机的零部件回收利用仍未实现,需要进行破碎处理,但这样对环境造成了负担,同时产生处理成本,这一点成为课题。

在9月25日的会议上,空客将公布飞机电动化的相关战略,呼吁日本企业参加马达等电动化的必要构件和零部件的开发。电动飞机将取消燃料和发动机,借助电力和马达的能源飞行。

例如,马达需要比此前更轻、具有更高输出功率的产品。空客为了推动技术创新,正在寻找新的供应企业。

 碳纤维再利用技术

在无氧(氮气氛围中)情况下的高温热解又称为裂解法。裂解使树脂高温分解为有机液体和有机气体,能够作为燃油或燃气进一步回收利用,同时得到表面无树脂附着的再生碳纤维。不过纤维在裂解中会被焦炭污染,因此需要在450℃以上的炉中去炭处理。处理后的碳纤维表现出更高的表面活性,但是其强度容易降低,因此处理条件对碳纤维性能至关重要。力学性能和树脂残留物之间需要有一个折中的方案,波音公司和英国ELG、美国MIT以及日本回收碳纤维协会的研究测试表明,通过合理的工艺设计,裂解法回收的碳纤维能够保持80%~90%的拉伸强度。

在有氧情况下的代表性热解技术是英国诺丁汉大学的Pickering教授开发的流化床热解技术,它是通过高温的空气热流使树脂燃烧,实现树脂与碳纤维的分离,所得碳纤维虽然表面干净、无积炭残留,但是受损严重,力学强度保持率仅为50%~80%。该方法还存在工艺控制复杂等问题,目前还不能够工业化。

 此外还有在微波热辐射作用下使树脂分解的微波热解法,例如美国FirebirdAdvanced Materials公司等人的研究,但仍处于实验室开发阶段。目前裂解法是唯一可行的碳纤维复合材料废弃物工业化回收技术,世界上仅有的三家工业化生产公司——英国ELG Carbon Fibre Ltd(2000 t/a)、日本碳纤维回收工业公司(1 000 t/a)和美国MIT-RCF公司(500 t/a),均采用的是裂解回收技术。国内率先开展碳纤维回收研究的上海交通大学也开发了拥有自主知识产权的碳纤维复合材料废弃物裂解回收技术,并且建成了年产200 t的中试生产线。