《連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料循環(huán)利用技術(shù)規(guī)范》連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（以下簡稱CFRTP）因其輕質(zhì)高強(qiáng)、可熔融加工、耐疲勞等特性，在汽車、航空航天、軌道交通、風(fēng)電設(shè)備等領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。隨著CFRTP制品使用周期結(jié)束或生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的邊角料、不合格品數(shù)量持續(xù)增加，其循環(huán)利用已成為資源高效利用與綠色制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為規(guī)范CFRTP循環(huán)利用過程，提升資源回收效率，保障再生材料性能穩(wěn)定性，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，特制定本技術(shù)規(guī)范。本規(guī)范適用于以熱塑性樹脂（包括但不限于聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚苯硫醚（PPS）等）為基體，連續(xù)碳纖維（單絲直徑5-12μm，體積分?jǐn)?shù)20%-60%）為增強(qiáng)體的復(fù)合材料廢棄物及退役制品的循環(huán)利用活動(dòng)，涵蓋收集分類、預(yù)處理、分離回收、再制造及應(yīng)用等全流程。一、術(shù)語與定義1.連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（CFRTP）：以連續(xù)碳纖維為增強(qiáng)相，熱塑性樹脂為基體，通過拉擠、纏繞、模壓等工藝制備的復(fù)合材料，碳纖維長度與制品尺寸相當(dāng)（通常≥100mm）。2.循環(huán)利用：對CFRTP廢棄物或退役制品進(jìn)行收集、預(yù)處理、分離回收，獲得可再利用的碳纖維、熱塑性樹脂或復(fù)合材料再生料，并通過再制造工藝生產(chǎn)新產(chǎn)品的過程。3.熱塑性基體再生料：通過物理或化學(xué)方法從CFRTP中分離出的熱塑性樹脂，經(jīng)熔融造?；蚍鬯楹笮纬傻目稍偌庸げ牧?。4.再生連續(xù)碳纖維：通過分離工藝從CFRTP中回收的碳纖維，保留原纖維長度（≥原長度的50%）及表面活性，可直接或經(jīng)表面處理后用于再增強(qiáng)。二、循環(huán)利用流程與技術(shù)要求（一）收集與分類1.收集范圍：包括生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的邊角料（如切割余料、流道料）、不合格品（如成型缺陷件），以及服役期滿的退役制品（如汽車外飾件、風(fēng)電葉片梁帽、航空內(nèi)飾板）。2.分類原則：按基體樹脂類型（PP、PA、PPS等）、碳纖維形態(tài)（單向布、織物、編織體）、污染物類型（油污、涂層、膠接劑）及雜質(zhì)含量（金屬嵌件、玻璃纖維等異種材料）進(jìn)行分級。-一級分類：按基體樹脂種類單獨(dú)收集，避免不同樹脂混料（如PP基與PA基CFRTP需分箱存放）。-二級分類：按碳纖維形態(tài)區(qū)分，單向帶類、織物類、編織類分別標(biāo)注，便于后續(xù)分離工藝適配。-三級分類：按污染物程度劃分，無涂層/低油污（污染物質(zhì)量占比≤2%）、有涂層/高油污（污染物質(zhì)量占比＞2%），需分別處理。3.收集要求：采用封閉容器或防塵袋存儲(chǔ)，避免水分、粉塵污染；存儲(chǔ)環(huán)境溫度≤40℃，相對濕度≤60%；收集周期不超過30天，防止材料吸潮或基體老化。（二）預(yù)處理預(yù)處理目標(biāo)是去除雜質(zhì)、減小體積、暴露界面，為分離回收提供均勻原料。1.拆解與除雜：-含金屬嵌件、塑料配件的制品需通過機(jī)械拆解（如螺絲刀、液壓鉗）或加熱軟化（溫度≤基體樹脂熔點(diǎn)-20℃）分離，嵌件回收率≥95%。-表面涂層或膠接劑采用物理打磨（砂紙目數(shù)≥240目）或低溫等離子體處理（功率50-100W，時(shí)間3-5min）去除，涂層殘留量≤0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。2.破碎與清洗：-破碎設(shè)備選用雙軸剪切破碎機(jī)，刀具間隙≤5mm，破碎后物料尺寸為50-100mm×50-100mm，避免過度粉碎導(dǎo)致碳纖維斷裂（碳纖維長度保留率≥90%）。-清洗采用中性水基清洗劑（pH值6-8），超聲輔助清洗（頻率20-40kHz），清洗溫度40-60℃，清洗時(shí)間10-15min，清洗后物料含水率≤2%（紅外測濕法）。（三）分離與回收分離過程需實(shí)現(xiàn)碳纖維與基體樹脂的高效解離，同時(shí)最小化兩者的性能損傷。1.熱機(jī)械分離法（主要適用于無涂層、低雜質(zhì)CFRTP）：-將預(yù)處理后的物料投入雙螺桿擠出機(jī)（長徑比≥40:1），在基體樹脂熔融溫度（T_m）以上30-50℃條件下（如PP基CFRTP設(shè)定溫度190-220℃），通過螺桿剪切力使基體樹脂熔融并與碳纖維分離。-擠出機(jī)末端設(shè)置多孔模頭（孔徑3-5mm），熔融樹脂經(jīng)冷卻切粒得到再生基體料；分離出的碳纖維通過牽引輥收集，形成連續(xù)纖維束（纖維束寬度≤100mm，線密度偏差≤±5%）。-工藝控制：螺桿轉(zhuǎn)速80-120rpm，真空度-0.08--0.06MPa（脫除水分及小分子揮發(fā)物），纖維牽引速度與擠出速度匹配誤差≤±2%。2.熱解輔助分離法（適用于含高聚物涂層或膠接劑的CFRTP）：-采用間歇式熱解爐，物料平鋪厚度≤50mm，通入氮?dú)猓兌取?9.9%）作為保護(hù)氣，升溫速率5-10℃/min至熱解溫度（基體樹脂熱分解溫度+50-80℃，如PA6基CFRTP設(shè)定溫度450-500℃），保溫時(shí)間60-120min。-熱解過程中，基體樹脂及涂層分解為氣體（主要成分為烴類、CO?），經(jīng)冷凝回收可燃?xì)猓嶂怠?5MJ/m3），剩余固體為再生碳纖維（表面殘留碳含量≤2%）。-熱解后碳纖維需進(jìn)行表面活化處理（空氣氧化法：溫度300-350℃，時(shí)間5-10min；或等離子體處理：Ar/O?混合氣體，功率150-200W，時(shí)間2-3min），提升與新基體的界面結(jié)合力。3.性能控制指標(biāo)：-再生碳纖維：拉伸強(qiáng)度保留率≥85%（原纖維強(qiáng)度的85%），長度保留率≥70%（原長度的70%），表面氧碳比（O/C）≥0.15（XPS檢測）。-再生基體樹脂：分子量保留率≥80%（GPC檢測），熔體流動(dòng)速率（MFR）偏差≤±15%（原樹脂MFR的±15%），灰分含量≤0.3%（馬弗爐灼燒法）。（四）再制造與應(yīng)用再制造需根據(jù)再生材料特性選擇適配工藝，確保再生CFRTP性能滿足目標(biāo)制品要求。1.再生料配比設(shè)計(jì)：-再生碳纖維與新碳纖維可按比例混合（再生纖維占比≤50%），需根據(jù)目標(biāo)強(qiáng)度調(diào)整；再生基體樹脂與新樹脂混合比例≤30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），避免因分子量下降導(dǎo)致力學(xué)性能顯著降低。-加入相容劑（如馬來酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）用于PP基體系），添加量為基體質(zhì)量的1%-3%，改善碳纖維與基體的界面結(jié)合。2.成型工藝選擇：-注塑成型：適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的小型制件（如汽車支架）。料筒溫度設(shè)定為基體樹脂熔點(diǎn)+30-50℃（如PPS基設(shè)定320-350℃），注射壓力80-120MPa，保壓時(shí)間10-20s。需采用長徑比≥25:1的注塑機(jī)螺桿，減少碳纖維斷裂（纖維長度保留率≥60%）。-模壓成型：適用于平板或曲面制件（如風(fēng)電葉片補(bǔ)強(qiáng)板）。將再生纖維織物與基體預(yù)浸料層疊，在溫度T_m+20-40℃、壓力2-5MPa下保壓10-15min，冷卻速率≤5℃/min，避免制品翹曲。-拉擠成型：適用于連續(xù)型材（如建筑補(bǔ)強(qiáng)筋）。再生纖維束通過樹脂槽（基體溫度T_m+10-20℃）浸漬，牽引速度0.3-0.8m/min，固化模具溫度T_m+30-50℃，確保樹脂充分滲透（纖維體積分?jǐn)?shù)偏差≤±2%）。3.再生制品性能要求：-拉伸強(qiáng)度：≥原制品性能的70%（如原拉伸強(qiáng)度1200MPa，再生制品≥840MPa）。-彎曲強(qiáng)度：≥原制品性能的75%。-層間剪切強(qiáng)度（ILSS）：≥原制品性能的65%（通過表面活化處理可提升至75%以上）。三、質(zhì)量控制1.原料檢測：收集階段需檢測基體樹脂類型（紅外光譜法）、碳纖維體積分?jǐn)?shù)（灼燒法）、污染物含量（灰分測試），并記錄批次信息（編號規(guī)則：年份+月份+分類代碼+批次號，如202408PP01）。2.過程檢測：-預(yù)處理后：檢測物料尺寸（游標(biāo)卡尺）、含水率（紅外水分儀）、涂層殘留量（掃描電鏡-能譜分析）。-分離后：再生碳纖維檢測拉伸強(qiáng)度（單絲強(qiáng)力機(jī)）、長度分布（光學(xué)顯微鏡統(tǒng)計(jì)）、表面活性（接觸角測量）；再生基體樹脂檢測MFR（熔體流動(dòng)速率儀）、分子量（凝膠滲透色譜）。-再制造后：再生制品檢測力學(xué)性能（萬能試驗(yàn)機(jī)）、纖維分布（X射線斷層掃描）、孔隙率（密度法）。3.檢測頻次：每批次原料檢測1次，連續(xù)生產(chǎn)時(shí)每4小時(shí)抽檢1次過程樣品，再生制品每班次抽檢3件（或按GB/T2546.1-2006規(guī)定的抽樣方案執(zhí)行）。四、環(huán)境保護(hù)與安全1.污染控制：-廢氣：熱解過程產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）通過“活性炭吸附+催化燃燒”處理，排放濃度≤50mg/m3（GB37822-2019）；破碎、清洗環(huán)節(jié)粉塵通過布袋除塵器收集，排放濃度≤10mg/m3（GB16297-1996）。-廢水：清洗廢水經(jīng)“中和沉淀+砂濾+反滲透”處理，COD≤50mg/L、SS≤10mg/L（GB8978-1996一級標(biāo)準(zhǔn)），回用于清洗工序（回用率≥80%）。-廢渣：熱解殘?jiān)ㄖ饕獮樘祭w維）全部回收再利用；無法利用的廢活性炭、廢濾材由有資質(zhì)單位處置，轉(zhuǎn)移聯(lián)單保存≥3年。2.安全操作：-熱解爐、擠出機(jī)等高溫設(shè)備需設(shè)置隔熱層（表面溫度≤50℃），配備溫度超限報(bào)警裝置；電氣設(shè)備接地電阻≤4Ω（GB50169-2016）。-操作人員需穿戴耐高溫手套（≥300℃）、護(hù)目鏡（防紫外線）、防塵口罩（N95級）；接觸化學(xué)清洗劑時(shí)佩戴耐酸堿手套（丁腈橡膠材質(zhì)）。-建立安全巡查制度，每日檢查設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、消防設(shè)施（滅火器壓力≥1.2MPa，消防栓水壓≥0.2MPa），每季度開展應(yīng)急演練（火災(zāi)、燙傷等場景）。五、數(shù)據(jù)記錄與追溯1.記錄內(nèi)容：包括收集信息（來源、時(shí)間、分類代碼）、預(yù)處理參數(shù)（破碎尺寸、清洗溫度）、分離工藝（熱解溫度、螺桿轉(zhuǎn)速）、檢測數(shù)據(jù)（碳纖維強(qiáng)度、基體MFR）、再制造工藝（注塑壓力、模壓時(shí)間）、制品批次（與原料批次關(guān)聯(lián)）。2.記錄形式：采用電子臺(tái)賬（Excel