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摘要：CFRP（碳纤维增强塑料）是一种由涂覆塑料树脂的细而坚固的碳纤维束制成的复合材料，其重量轻、强度高，且耐锈蚀，即使在恶劣环境中也能长时间使用，广泛应用于飞机、汽车、风力涡轮机叶片以及高尔夫球杆、自行车等运动器材中。

关键词：CFRP、复合材料、回收、高强度、碳纤维树脂分离

什么是CFRP

CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastic，碳纤维增强塑料）是一种由涂覆塑料树脂的细而坚固的碳纤维束制成的复合材料。它的特点是重量轻，不到钢的四分之一，但强度却是钢的数倍。它耐锈蚀，并且对温度和湿度变化具有较强的耐受性，因此即使在恶劣环境中也能长时间使用。目前，CFRP已广泛应用于飞机、汽车、风力涡轮机叶片以及高尔夫球杆、自行车等运动器材中。

结构和特性

CFRP是一种由极细的高强度碳纤维和包裹它的塑料树脂构成的复合材料。碳纤维种类繁多，包括强度优异的聚丙烯腈（PAN）基纤维和刚性优异的沥青基纤维等，用途广泛。树脂有热固性树脂和热塑性树脂两种，所用的树脂会影响成型和回收利用的难易程度。

CFRP的特点在于其重量轻（不到钢的四分之一），而抗拉强度高出钢数倍。此外，通过调整纤维的方向，可以局部增加强度以适应结构，并且由于耐锈蚀和抗变形，因此即使在恶劣条件下也能稳定使用。

（左）碳纤维，（中）碳纤维（编织物），（右）CFRP

CFRP在多产业领域的应用

由于CFRP具有轻量和高强度的特性，因此作为一种有助于实现脱碳社会和节能的材料,正受到越来越多的关注。尤其是在飞机领域，其被广泛用于2011年左右推出的波音787飞机的主要结构材料，从而有助于减轻飞机重量，并提高燃油效率。近年来，CFRP的应用范围已扩展到风力发电、汽车、氢能以及土木工程和建筑等领域。

例如，风力发电的大型叶片中使用了CFRP，以抑制风力造成的变形；在汽车领域，通过减轻重量来提高燃油效率。用于氢燃料电池汽车的高压氢气罐也采用了CFRP。在土木和建筑领域，耐锈蚀和轻量的特性得到了认可，并正在逐步应用于户外检查通道等场所。

CFRP回收利用的挑战与行业应对

虽然CFRP是一种优良的材料，但它面临着废弃后难以处理的挑战。由于它是一种复合材料，碳纤维与树脂难以分离，这使得在处理现场成为一个棘手的材料，目前大多数CFRP都被填埋处理。此外，尽管碳纤维本身是一种昂贵的材料，但目前还没有像PET瓶那样完善的回收和再利用体系，并且回收利用后的纤维质量参差不齐，因此确保其再利用时的可靠性也一直是一个问题。

然而，近年来，随着人们对环境法规和可持续制造的认识不断提高，CFRP的回收利用正成为行业内的一个重要议题。尤其是在飞机、压力容器等预计大量报废产品即将退役之际，需要开展切实可行的回收利用工作。

CFRP回收利用技术的类型

CFRP的回收利用技术主要分为热分解法、化学分解法和机械分解法三种（见下表）。这些技术各有优缺点，研究人员目前正在探索针对不同应用和用途的最佳方法和组合。

CFRP回收利用技术的分类

适合评估再生碳纤维质量的方法

CFRP回收利用的技术挑战之一是碳纤维质量评估的难度。由于从废旧CFRP中回收的碳纤维，其长度和表面状态与制造时相比发生了变化，因此需要定量了解其强度和粘合性。对于再生碳纤维的性能评估问题，日本产综研开发了一种名为“改良型断裂试验”的方法。该试验通过拉伸一根碳纤维嵌入树脂中的试件，分析纤维的断裂模式和长度，从而能够在一次试验中同时评估①纤维的强度分布，②纤维与树脂之间的界面剪切强度。

再生碳纤维经过加热和化学处理后，其表面会发生变化。随着人们越来越重视粘合性和确保重复使用时的强度，这种试验方法已被注册为国际标准（ISO），并作为一种高度可靠的评估方法而备受关注。产综研的举措使得以前根据直觉处理的再生碳纤维的质量现在得以“量化”，由此显著推动了整个行业回收利用的社会实施，

扩大CFRP回收利用可能性的最新研究

作为CFRP回收利用的最新研究动向，产综研正在推进以“有效利用超短纤维”为重点的开发。反复回收利用会导致碳纤维长度缩短，使其难以用作结构材料。因此，产综研提出了一种新方法，将这些细小纤维与树脂混合，并加工成3D打印机用的长丝。

在成型过程中，纤维自然地沿着长丝流动的方向排列，这使得即使是短纤维也能获得较高的机械强度，其强度比纤维未排列时提高了约两倍。通过构建能够最大限度发挥性能的结构，以往难以回收利用的材料也蕴藏着巨大的增值潜力。

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