中科院山西煤化所利用定向解聚法回收热固性树脂复合材料获进展

近日，中国科学院山西煤炭化学研究所侯相林研究员团队经过十多年的潜心研究，掌握了“拆解”风机叶片主要材质——热固性碳纤维树脂复合材料的办法。

实现风电叶片全生命周期的绿色化、无害化，一直是风电全行业追求的目标。尤其是今年，受风电抢装潮影响和原材料的限制，叶片市场甚至供不应求，回收这种高价值材料的技术需求越来越大。

从风电机组服役年限来看，到2025年左右，我国将迎来一大波风电叶片报废潮。到2030年，我国将有超过3万台风电机组面临换新，而到2035年这一数字将超过 9 万台，市场潜力巨大。

采用直接填埋的方式会向大自然缓慢释放少量的芳烃物质，且无法降解，焚烧更不可求，必然产生有毒气体，唯有绿色回收利用一途。有的企业尝试用热塑性树脂代替热固性树脂，有的企业只能回收复合材料里的一部分玻璃纤维。

国内诸多风电机组制造企业为了处理好叶片生产加工废料，拿出3000元/吨左右的处理费委托给专业公司，而承揽这些业务的公司，仅仅只是将它切割破碎，将塑料和木质粉料按一定比例混合后经热挤压成型，制成板材，用于公园的板凳、围栏。热固性树脂并没有消失，所谓的“专业处理”也仅仅是半处理，而且给今后的回收造成了更大的困难。

侯相林团队多年积累的以定向解聚技术为核心的一整套科研成果不仅可以高效回收难降解的材料，而且生产出大量高价值化学品，完成了风机叶片绿色回收利用的闭环。

“拆解”分子链

2019年开始，侯相林团队成员邓天昇、武少弟从十余种催化剂中挑选出性能最优的催化剂，全新的催化体系在10kg级别的高压反应釜连续运行超过300小时，得到了试验关键数据。2021年，“碳纤维增强环氧树脂回收利用”项目，荣获北京地区高校大学生优秀创业团队三等奖。这项技术就是降解碳纤维增强环氧树脂复合材料，致力于从风机叶片中回收高价值的碳纤维。

碳纤维增强环氧树脂的优点多、品质好，但是当回收这些材料时，优点全部变成了“绊脚石”。

侯相林研究团队采用定向解聚法（化学解聚法）处理复合材料，通过特定的溶剂及催化剂体系，国内首创了在较温和的条件下将高分子在特定的键位“拆解”开，形成长链热塑高分子或者树脂合成单体。这一办法也是被学术界被普遍承认的实现循环经济的好方法。

目前，全国绝大多数研究机构都未能将热固性树脂的化学降解实现产业化，研究成果多处于实验室状态。“我们在实验室阶段阶段取得了一部分成绩，现在正在准备进行中试放大，数据指标显示，环氧树脂降解率大于99%，回收率大于95%，碳纤维回收率大于96%，纤维强度损失小于5%，回收的碳纤维单丝强度指标、模量与原丝相差无几。”侯相林表示。

回收的树脂产物可制成环氧沥青，进一步处理可以得到双酚A等，每吨市场售价数千元乃至上万元，高价值化学品使得回收技术“含金量十足”，预期经济效益十分可观。

从废弃PET到纤维增强环氧树脂，从纤维增强不饱和树脂到乙烯基树脂，从聚氨酯材料到密胺树脂，以热固性树脂为主要回收对象的环保技术，在侯相林团队的系列技术加持下，已经可以通过化学回收制备十余种高价值化学品。

侯相林表示，“经过十多年的专注科研，我们有信心与企业合作扩大生产规模，早日'变废为宝’，提取出更多有价值的化学品，创造更大的环保效益和经济效益。”