让废弃碳纤维再生——中国国际复材展组委会专访南通复源新材料科技有限公司创始人杨斌副教授
中国国际复材展组委会
让废弃碳纤维再生——中国国际复材展组委会专访南通复源新材料科技有限公司创始人上海交通大学化学化工学院副教授杨斌

原文：http://shenzhen.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-247-16502.html

       复源新材被公认为国内碳纤维回收利用领域的领军企业。您认为是什么关键因素（技术、模式、团队等）奠定了复源今天的行业地位？

       因素有很多，可能所有的都做对了才有今天的复源。包括内部因素如市场定位、技术、模式及团队，还包括外部因素如中国活跃的市场、全球对碳减排越发重视的大环境以及具有创新基因和能力的优秀合作伙伴。其中技术非常重要，比如复源开发的再生短碳纤维米粒生产技术，将蓬松的再生碳纤维制备成高致密度的碳纤维颗粒，解决了在改性塑料中应用的下料难的瓶颈问题，彻底打开了在高分子改性领域应用的市场。

       碳纤维回收再利用有其特殊性，再生碳纤维是非连续的、原生碳纤维是连续纤维，所以再生碳纤维的应用市场和原生碳纤维的完全不同。而非连续碳纤维的市场是鲜有人做过、是全新市场，再生碳纤维是一种新材料。所以像我们从事碳纤维回收利用的企业，除了要攻克回收技术，还要自行开发应用技术和市场，形成收入。这个往往需要较长周期和巨大资源投入。拥有这种长期深耕的态度、以及对碳纤维行业的深爱和在这个行业看到的巨大技术创新施展空间和商业机会，也是成就如今复源的重要因素之一吧。


       复源的核心回收技术路线是什么？相较于其他技术路线，它的主要优势、挑战以及针对不同来源（如航空废料、汽车废料、体育用品废料）碳纤维的适用性如何？

       复源的核心回收技术路线是连续热解工艺和装备。碳纤维回收技术路线主要分为热解和溶解，每一个公司的热解工艺和装备各有不同。复源的技术是完全自研、设备非标，也经过不断迭代。早在2016年在上海交大就开发了200吨/年处理能力的第一代技术，2019年公司建成的1500吨/年处理产线已经有了少量优化，2024年建成的3000吨/年处理产线又有了大幅度迭代，属于第二代技术。


       相较于溶解回收技术，热解技术针对不同来源（如航空废料、汽车废料、体育用品废料）碳纤维复合材料具有普适性广、回收成本低及处理规模大等显著优势。

       不同来源的复合材料其树脂种类或配方各不相同，无论什么树脂都能够热解，因此普适性广，特别适用于来源不同的废弃物回收处理。而溶解法则不同，由于溶解方案（溶剂组成和溶解工艺条件等）的针对性强，能溶解A树脂的方案也许对溶解B树脂就是无效的，因此普适性受限。此外，溶剂本身的成本加上废溶剂的处理成本，往往会带来回收成本的增加。

       低成本的特性表现在：我们把树脂热解分解物进行了能量利用，即把树脂分解物进行高热值化燃烧，其燃烧热能用于提供前端树脂热解所需要能量，即无需外部额外加热，即可维持热解生产源源不断地进行。这种工艺设计一方面极大节省能耗，另一方面无需支付额外费用去处理树脂分解产物。如果不采用我们的能量自利用技术方案，就要另外去花处理费把它们处理掉。这部分的这个成本也可以节省下来。

       挑战还是很多的，比如连续化实现中的诸多工程问题、精准的工艺控制、不同废料处理时的质量稳定性、废料中不同杂质的去除和质量控制等，不仅涉及到技术和装备，还涉及检测检验指标建立、方法标准的建立等等。

       “高品质再生碳纤维产品”是复源的关键标签。如何定义和保证“高品质”？再生碳纤维在性能（强度、模量、一致性等）上与原生纤维的差距缩小到了什么程度？在哪些关键指标上已经可以满足高端应用要求？

       高品质主要指客户使用了我们的再生碳纤维产品后，能够获得高性能及高稳定性的产品。比如在增强改性高分子材料应用中，客户生产的碳纤维增强改性塑料产品能够获得高模量、高强度以及非常好的品质稳定性。

       根据纤维增强高分子理论可知，如果想获得优异的增强效果，第一要求碳纤维自身强度高，第二还要求纤维-高分子之间的界面结合强度高。

       回收碳纤维自身的强度比原生碳纤维的强度略低，这是客观事实。比如尽管我们努力优化热解回收工艺，回收碳纤维的强度保持率能从最初的85%提高到92%~93%，它仍然和原生碳纤维强度有7%~15%的差距，不过二者在模量上几乎没有区别。

       我们可以从提高碳纤维和树脂之间的界面结合强度上着手优化。热解回收的碳纤维表面上已经没有上浆剂，如果去增强改性高分子材料，就需要重新进行表面处理和上浆，这就给了我们很大的技术施展空间。根据被改性高分子材料的分子结构特征进行界面设计，我们可以针对性地开发最优表面处理方案和上浆剂组成方案，从而提高再生碳纤维和树脂之间的界面结合性。

       界面结合强度的提高不仅能够充分承载应力，还有利于促进纤维在树脂中的分散，从而提高纤维改性材料的强度。这两种正向作用足以弥补回收碳纤维本身强度略低的负面差距。

       按照这个思路，我们目前开发就有六大类树脂专用再生碳纤维产品，如改性尼龙6/66专用、PP专用、PC专用、PPS专用、PPA专用及PEEK专用等。客户使用中都获得了很好的效果。事实上今后无论客户要改性哪一种高分子材料，都可以针对性地开发出这种高分子专用的再生碳纤维品种。

       以上举例说明，我们为再生碳纤维的应用寻找到一个新的方向（改性高分子材料），在这个应用方向上碳纤维本身的强度大小不再是唯一的决定因素，而有其它同等重要或更重要的影响因素存在（比如界面结合强度）。在这些因素综合作用下，再生碳纤维能够比原生碳纤维展示出更好的使用效果，从而体现出比原生碳纤维更高的价值，卖出更高的价钱。这就是所谓的“高性能化”、“高价值化”之一吧。

       在把再生碳纤维引入到改性塑料应用这个方向中，有很多工作需要去开展，比如新的质量指标、检测方法的建立以及标准化等，这些工作还将随着我们对行业的深入而不断迭代和更新。

       总之，再生碳纤维的应用和原生碳纤维的应用领域已经完全不同，也无法相同，正因为如此，也给了我们专业技术人员一个很大的施展空间。想必如上所述的再生碳纤维高价值化应用方向也许还有很多，目前还不知道，这就需要我们不断去探索和发现。试想一下，有这么一个新行业，她充满着无限未知的空间，等待你去探索和发现，等待你去实现从未知到已知、去开辟一条条新路径——这对我们专业技术人员而言，是多么有趣和有意义的一项工作。

 

       公司成功将再生碳纤维拓展至新能源汽车、民用航空及电子电器等“新市场”。在这些对材料性能、安全性和成本都极为敏感的领域，复源的产品解决了哪些痛点？取得了哪些标志性的量产应用成果？（可举例说明）

       再生碳纤维在这些领域的应用案例主要是短切再生碳纤维改性塑料领域的应用。这些领域零部件的材料原来用的是连续碳纤维复材、镁铝合金或者钢材、或者玻纤改性塑料，而非碳纤维改性塑料。现因用户要解决轻量化、降成本或者低碳排放方面的痛点，结构设计工程师通过全新的结构设计而采用碳纤维改性塑料。

       这些应用往往对短碳纤维供应商的要求是性能高、品质稳定、供应量充足、低成本和/或低碳排放属性。能够同时满足这些条件的短碳纤维目前只有再生碳纤维。

       为什么这样讲？这要从市场上现有的改性塑料用短碳纤维产品的来源说起，主要有三类来源，分别来自正品新碳纤维、等外品新碳纤维和再生碳纤维。

       第一类来自正品新碳纤维，即对正品新碳纤维进行二次上浆和短切制备，它的特点是品质稳定、供应量大，但是成本高，至少高于正品新碳纤维价格，因为又多了额外的生产成本。这类产品还不具有低碳排属性。

       第二类来自新碳纤维的等外品，包括成卷的正品不等重纱、B品或C品碳纤维，以及碳纤维生产线上产生的性能有较大波动的废丝乱丝。这类产品可以满足低成本的要求，但是在品质上差距非常大，有力学强度和正品相当的、也有不足正品60·70%的。此外，在供应量上也有不确定性，难以大量稳定供应，否则就不叫等外品了。

       这种短碳纤维可以应用在一些需求量小的领域，比如月用量数吨或年用量数十吨等百吨以下场合，在这些有限的用量范围内，产品品质稳定性还是有可能性的。然而它们不适合应用在需求量较大的领域，客户如果要开发长期性大量使用的项目、且有使用量逐年递增需求，更不适合采用这类产品。毕竟，碳纤维生产商技术进步带来的是这类等外品的占比在逐年降低而绝非逐年增加。

       此外，这类产品多数不具有低碳排属性，如果是碳纤维织物、预浸料等中间用户的生产车间来源的尾纱，则可以归属为生产中废料回收产品即PIR（Post-Industrial Recycling）产品。对于寻找使用回收材料的客户而言，这种第二类来源产品虽然不具有下面要讲的第三种再生碳纤维来源产品——PCR（Post Consumer Recycling）产品所具有的理想低碳排属性，但是比第一种来源产品还是有一定的吸引力。

       第三类来源就是来自再生碳纤维，这种来源的短碳纤维产品的品质非常稳定，原因在于再生碳纤维源自由正品新碳纤维制备的复合材料废弃物，虽然经过回收提取后的纤维强度略低于新碳纤维十个百分点，但是只要回收技术过硬其性能能够稳定保持在该值。该来源的短碳纤维产品还具有供应量大、成本低和低碳排属性等优势。其中供应量大是第二种来源产品无法实现的，而成本低和碳排放量低这两个特征又是第一种来源产品所缺失的。

       复源的短切碳纤维产品典型的商业化应用案例有无人机桨叶、新能源汽车CCB部件、笔记本电脑外壳、体育休闲用品和3D打印工业模具等。其中在无人机桨叶应用是2022年复源再生碳纤产品的第一个商业化应用案例，该产品要用T800的碳纤维，当时我们和日本一家资深碳纤维回收公司合作，共同将波音787中的T800碳纤维经过热解提取、再重新上浆及颗粒化制备而得。新能源汽车CCB部件的量产应用项目是在2023年，这是一个终端用户在选材、结构设计及成型工艺上均采用创新方案的部件，大量采用了碳纤维改性塑料因此对短碳纤维的需求量很大，要求初期具备700~800吨/年稳定供应能力且逐年还要求有10~20%递增能力。此外，该应用还在高性能、品质稳定性及低成本上均有非常严格的要求。复源配合客户经过漫长的各级验证及爬坡放量周期，终于在2023年下半年成功实现量产。

       以上的应用案例对短碳纤维的低碳排属性没有特别要求，但是在复源随后的笔记本电脑外壳和体育休闲用品应用案例中，低碳排属性的需求是第一排序。在这类应用中，再生碳纤维来源的PCR短碳纤维，就成为唯一的选择。在复源产品所服务的案例中，这类需求的应用占比正在逐年递增。

       碳纤维改性塑料不再是价格高不可及，又因其具有高刚性、导电/耐磨等功能性及轻量化优势，碳纤维改性塑料逐渐成为改性塑料行业极具吸引力的新方向。

       越来越多的改性塑料企业和零部件设计制造企业投入资金和人力进行碳纤改性塑料成形制造和应用开发，除了上面典型案例所提及的应用领域，碳纤维改性塑料将来在低空经济、人形机器人及风电、海洋船舶等领域也有巨大的应用市场。

       由于复源的短切碳纤维产品种类齐全、品质稳定、供应量充足，且多年在客户中建立了良好口碑，我们很有幸地和国内外下游客户及终端用户中多家优秀企业建立了战略合作关系，正在联手开展涵盖从新能源汽车、无人机、3C电子等多领域应用的创新开发项目。

       这些项目可以分为增强应用和功能应用两大类，比如增强类的新能源汽车部件开发项目就有十余个，用量较小的导电导热功能类联合开发项目则更多。

       这些项目由于是从创新的结构设计开始实施，而非简单的传统材料替代，开发验证周期往往比较长、投入较高。但是一旦实现量产应用，都将对（再生）短碳纤维改性塑料的应用起到积极的示范作用，必将对碳纤维回收再利用事业发展起到推波助澜作用。

 

       您曾多次参加过本届展会的论坛和创新产品展示活动，作为首次特装参展，您对本次参展有什么期待？


       众所周知，中国国际复材展是亚太地区规模最大、全球排名第二的复合材料专业展览会，也是我们复材行业的一次盛会，展商涵盖了国内外原材料、生产设备、技术应用等全产业链环节。每年参展企业越来越多，也是我们复材行业市场拓展、技术交流的核心平台。

       历年展会都有很多亮点，比如连续多年持续举办创新产品评选、热点发展方向的高层论坛等活动，这些可谓主办方为参展商及观众们提供的额外价值。

       比如高层论坛活动每年人气就很高，论坛均由行业知名专家、学者及企业高管参加，聚焦了复合材料前沿趋势（如轻量化技术、绿色发展等），提供前瞻性的信息、分析与观点，是一个不可多得的学习了解全球复材行业发展方向和前沿技术的好机会。

       我们在展会上除了期待参展的常规收获，如加强品牌推广、促进交流合作、拓展业务与市场渠道等，对参加高层论坛的学习和交流也特别期待，此外，复源也将在展会第二天举办的“第八届国际车用复合材料创新研讨会”上做邀请报告，和同行们分享我们复源在再生碳纤维复合材料在汽车领域应用的经验和体会。  文章来源：http://shenzhen.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-247-16502.html