【市场观察】采用回收碳纤维有望节省20%-30%生产成本
摘 要
《2025年碳纤维预浸带市场将达到26亿美元》
《2030年全球CFRP/CFRTP市场达320亿美元》
《2024年全球无人系统复材规模将达27亿美元》
《疫情影响导致全球复材市场出现下降》
《2024年航空复合材料市场将达到38亿美元》
《2025年全球回收碳纤维规模达到1.93亿美元》
《2024年海洋复合材料规模将达15.4亿美元》
《2019-2025年全球碳纤维年复合增长率11.2%》
《2025年航空航天碳纤维产值达15.6亿美元》
《2024年碳纤维预浸料市场规模达115亿美元》
《2020-2027年压力容器用碳纤维持续增长》
《2020年碳纤维复合材料市场简报》
《2020年日本东丽碳纤维产值将持续增长态势》
《2019年美国Hexcel碳纤维业务再次增长》
预计最终将有超过30％的碳纤维最终以废弃物的形式结束，而其中22％又以热固性碳纤维增强复合材料的加工产生的废物形式出现。根据AVK的预测，到2022年，碳纤维需求将至少增长117,000吨，而根据碳纤维回收商ELG Carbon Fiber Ltd.的预测，至少有26,000吨这种碳纤维将最终成为废料。
使用回收碳纤维增强聚酰胺PA6和PA 66包覆成型制成的油底壳
ELG董事兼总经理Frazer Barnes说：“重复使用这些纤维可降低碳纤维结构的成本和对环境的影响，而不会损害这些材料的技术优势，并提供可缓解供应短缺的额外能力。” 虽然回收后碳纤维的拉伸强度降低了10％至20％，但回收碳纤维的模量与原始碳纤维的模量基本相同，可节省20％至30％的成本。
ELG的最新成本分析表明，对于碳纤维含量34％的碳纤维环氧复合材料而言，其材料成本比钢高49％，比钢轻3.5倍。但是，Barnes指出，复合材料加工成本驱动着成品成本。相对于零件尺寸、复杂性和生产率而言，选择最合适的技术对于成本效益至关重要。加工选项包括树脂灌注、预浸料坯压缩成型和热固性液体压缩成型，以及压缩成型、夹芯板压制成型和热塑性塑料的包覆成型。
用树脂灌注制成的汽车零部件
ELG首席运营官Marco Gehr表示，就热塑性塑料而言，聚丙烯（PP）与即使使用回收的碳纤维也不是很好的搭配。他说：“碳纤维是高端应用领域的利基产品，因此使用聚酰胺或聚碳酸酯更有意义。我们确实提供了MAH接枝的碳纤维PP毡，但我们感到聚酰胺和聚碳酸酯才是回收碳纤维的更好选择，而回收碳纤维本身比纯碳纤维便宜30–40％。”
Gehr认为，通过使用玻璃纤维与回收碳纤维混合的解决方案可能更有意义。“玻璃纤维和碳纤维的混合物将使产品具有更好的冲击强度，这通常是碳纤维复合材料本身的缺点。” 用10％的碳纤维增强材料代替30％的玻璃纤维增强材料可提供出众的轻质产品，但成本较高。
Catackh是一家成立仅一年的韩国初创公司，它采用了由KIST（韩国科学技术学院）开发的技术，将这些废碳纤维回收利用成可重复使用的切碎、磨碎和稳定的纤维形式。根据Catackh研究人员Sanghyun Lee的说法，该公司还提供各种基于聚烯烃、聚苯乙烯和工程塑料树脂的化合物，其成本比原始化合物低30–40％，但仍保留90％的机械性能。