汽車輕量化需求增長 碳纖維回收如何增效降本

碳纖維是一種強度高、重量輕、耐腐蝕、能量吸收效果好的材料，含碳量超過90%。它可以取代許多傳統材料，對汽車輕量化具有重要意義。然而，高昂的價格讓汽車公司和消費者望而卻步。近年來，在將其用于民用之前，成本略有降低。目前，每公斤200~250元的價格仍遠高于傳統材料，這使得許多車企在使用碳纖維時捉襟見肘。汽車行業碳纖維使用現狀在包括汽車在內的其他行業，近年來對碳纖維的需求增長非常迅速，預計2020年將增至每年14萬噸。碳纖維的使用壽命在汽車行業為15年，在航空領域為20至25年。目前，碳纖維在飛機機身中的比例為40%，因此在未來10到20年內，市場上將有大量碳纖維材料需要回收。2017年4月，中國發布了“循環發展引領行動”，10月推出了《工業關鍵共性技術發展指南》，其中都提到了碳纖維復合材料的回收利用。如今，除了寶馬I3占碳纖維復合材料的50%外，大多數燃油車仍然使用鋼或合金車身。在新能源汽車出現之前，全鋁車身和碳纖維車身都被使用。隨著功率的增加，為了降低成本，還使用了鋼和合金。例如，特斯拉Model S使用全鋁車身。現在，新款Model 3已被鋼鋁混合車身取代，寶馬I3將被鋼鋁碳混合車身取代。國產新能源汽車多為小型車，大多采用低成本的全鋁合金車架。碳纖維在整個汽車行業的利用率較低，很難實現極致的輕量化。回收碳纖維勢在必行。高效回收仍然面臨技術難題。首先，熱固性聚合物不能直接加熱和重塑，回收材料中經常摻雜污染物，如金屬和塑料碎片。如果現在的回收技術要走出實驗室，進行工業化生產，就需要解決成本問題。諾丁漢大學的孟凡然教授在2018國際汽車材料論壇（西青）上帶來了他們的實驗結果。目前，碳纖維回收工藝有三種，即機械法、化學法和熱解法。機械回收方法不適用于汽車用碳纖維復合材料的回收，化學回收方法仍局限于實驗室階段，與工業化生產相去甚遠。因此，熱解法是目前唯一實現工業化生產的碳纖維復合材料回收技術。目前，碳纖維回收工藝有三種，即機械法、化學法和熱解法。機械回收方法不適用于汽車用碳纖維復合材料的回收，化學回收方法仍局限于實驗室階段，與工業化生產相去甚遠。因此，熱解法是目前唯一實現工業化生產的碳纖維復合材料回收技術。本實驗采用流化床熱解回收工藝。首先，將廢物填充到流化床中，流化床通過500度以上的高溫。回收的聚合物通過氧化去除后，剩下的是碳纖維。碳纖維通過回收過程被收集，剩余的廢氣可以被回收。整個過程可以回收廢物中的碳纖維，并有效地分離碳纖維中的污染物，包括雜質。利用廢氣循環降低了整個過程的能耗，實現了能源回流，具有良好的市場前景。然而，再生碳纖維與傳統材料不同，因此不能直接用于制造最終產品。回收的碳纖維應用于中間處理，包括纖維分布、懸浮、熱干燥等過程。最后，有必要對所獲得的碳纖維進行排列。通過旋轉，旋轉箍可以校正和統一纖維方向，最終可以獲得調整排列的碳纖維材料，從而生成高強度碳纖維……

復合材料。從回收材料的分解到復合材料和機動車零部件的生產，許多變量都會影響回收成本，包括輸送廢料的速度和廢料的質量，并且當材料進料更快時，能耗明顯降低。同時，如果回收碳纖維生產的整車燃油經濟性在20%-60%之間變化，則回收化合物可以減少溫室氣體排放，并在布置后帶來更高的強度。與傳統材料相比，再生碳纖維的性能仍有明顯優勢。碳纖維是一種強度高、重量輕、耐腐蝕、能量吸收效果好的材料，含碳量超過90%。它可以取代許多傳統材料，對汽車輕量化具有重要意義。然而，高昂的價格讓汽車公司和消費者望而卻步。近年來，在將其用于民用之前，成本略有降低。目前，每公斤200~250元的價格仍遠高于傳統材料，這使得許多車企在使用碳纖維時捉襟見肘。汽車行業碳纖維使用現狀在包括汽車在內的其他行業，近年來對碳纖維的需求增長非常迅速，預計2020年將增至每年14萬噸。碳纖維的使用壽命在汽車行業為15年，在航空領域為20至25年。目前，碳纖維在飛機機身中的比例為40%，因此在未來10到20年內，市場上將有大量碳纖維材料需要回收。2017年4月，中國發布了“循環發展引領行動”，10月推出了《工業關鍵共性技術發展指南》，其中都提到了碳纖維復合材料的回收利用。如今，除了寶馬I3占碳纖維復合材料的50%外，大多數燃油車仍然使用鋼或合金車身。在新能源汽車出現之前，全鋁車身和碳纖維車身都被使用。隨著功率的增加，為了降低成本，還使用了鋼和合金。例如，特斯拉Model S使用全鋁車身。現在，新款Model 3已被鋼鋁混合車身取代，寶馬I3將被鋼鋁碳混合車身取代。國產新能源汽車多為小型車，大多采用低成本的全鋁合金車架。碳纖維在整個汽車行業的利用率較低，很難實現極致的輕量化。回收碳纖維勢在必行。高效回收仍然面臨技術難題。首先，熱固性聚合物不能直接加熱和重塑，回收材料中經常摻雜污染物，如金屬和塑料碎片。如果現在的回收技術要走出實驗室，進行工業化生產，就需要解決成本問題。諾丁漢大學的孟凡然教授在2018國際汽車材料論壇（西青）上帶來了他們的實驗結果。目前，碳纖維回收工藝有三種，即機械法、化學法和熱解法。機械回收方法不適用于汽車用碳纖維復合材料的回收，化學回收方法仍局限于實驗室階段，與工業化生產相去甚遠。因此，熱解法是目前唯一實現工業化生產的碳纖維復合材料回收技術。目前，碳纖維回收工藝有三種，即機械法、化學法和熱解法。機械回收方法不適用于汽車用碳纖維復合材料的回收，化學回收方法仍局限于實驗室階段，與工業化生產相去甚遠。因此，熱解法是目前唯一實現工業化生產的碳纖維復合材料回收技術。本實驗采用流化床熱解回收工藝。首先，將廢物填充到流化床中，流化床通過500度以上的高溫。回收的聚合物通過氧化去除后，剩下的是碳纖維。碳纖維通過回收過程被收集，剩余的廢氣可以被回收。整個過程可以回收廢物中的碳纖維，并有效地分離碳纖維中的污染物，包括雜質。以及世界衛生組織的能源消耗……

利用廢氣循環減少工藝，實現了能源回流，具有良好的市場前景。然而，再生碳纖維與傳統材料不同，因此不能直接用于制造最終產品。回收的碳纖維應用于中間處理，包括纖維分布、懸浮、熱干燥等過程。最后，有必要對所獲得的碳纖維進行排列。通過旋轉，旋轉箍可以校正和統一纖維方向，最終可以獲得調整排列的碳纖維材料，從而生成高強度碳纖維復合材料。從回收材料的分解到復合材料和機動車零部件的生產，許多變量都會影響回收成本，包括輸送廢料的速度和廢料的質量，并且當材料進料更快時，能耗明顯降低。同時，如果回收碳纖維生產的整車燃油經濟性在20%-60%之間變化，則回收化合物可以減少溫室氣體排放，并在布置后帶來更高的強度。與傳統材料相比，再生碳纖維的性能仍有明顯優勢。

標簽：寶馬特斯拉Model SModel 3漢

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