碳纤维复合材料具备低密度、高模高强、耐腐蚀等优异特性，在航空航天、风电叶片、新能源汽车、光伏等领域广泛应用，现已成为国民经济建设不可或缺的战略性新材料。 在“双碳”政策驱动下，绿色发展、循环经济成为近年热门话题。随着碳纤维及其复合材料行业的高速发展，应用领域进一步拓宽，使用量逐年增长，碳纤维的回收技术、再利用问题成为关注焦点。然而，碳纤维复合材料存在回收工艺复杂、分离难度大、再生性能较差等困境，为此，国内许多高校、研究院所和头部企业展开了碳纤维复合材料回收技术相关的研究工作。 2023年11月1-3日，第七届国际碳材料大会暨产业展览会——碳纤维及碳/碳复合材料论坛在上海成功举办，本次碳纤维板块的主题为“创新应用，绿色发展”。 中国科学院山西煤炭化学研究所，侯相林研究员给我们带来了《废弃碳纤维复合材料定向化学解聚回收碳纤维及化学品》的报告分享，阐述了当前碳纤维的市场现状，详细介绍了废弃碳纤维复合材料定向化学解聚方面的研究工作。 以下为侯相林教授的精彩报告（经编辑修改后发出） 2022年全球碳纤维需求达到13.5万吨，相比2021的11.8万吨增长14.4%。从应用市场看，风电叶片、体育休闲、航空航天、压力容器占据碳纤维需求的前四。同时，2022年我国国产碳纤维供应量达到4.5万吨，同比增长53.8%，首次超过进口量，碳纤维自给率升至60.8%。由此可见，碳纤维及其复合材料体量巨大，对其进行回收再利用研究具有重要意义。 来源《2022全球碳纤维复合材料市场报告》 1 碳纤维增强酸酐固化环氧树脂（碳板）化学解聚制芳香多元醇及酸酐 该工艺主要针对风电碳梁，通过酯键的选择性断裂，得到碳纤维和高附加值化学品，其中树脂降解率大于99%，碳纤维回收率大于98%，碳纤维强度损失小于5%。 再生碳纤维可作为短纤丝、碳粉、毡或热塑性粒料使用。酸酐固化环氧树脂在定向断链后，所得双酚A二甘油醚可与异氰酸酯反应制得聚氨酯材料，亦可环化成为非光气路线聚氨酯，应用于硬/软泡、弹性体等场景；回收甲基四氢邻苯二甲酸脱水后即得甲基四氢苯酐，又可以重新用于树脂的合成。团队把废弃物转化成其它应用制品或原料，极大减少了环境污染与资源浪费。 2 碳纤维增强胺固化环氧树脂化学解聚回收碳纤维及沥青树脂 团队通过路易斯酸水相催化体系，实现C-N键的选择性断裂，完成了碳纤维的回收以及树脂的化学解聚再利用。在航空废料中，通过使用该方法解聚环氧树脂，所得再生碳纤维可作为尼龙粒料。此外，风电粘胶材料同样包含胺环氧结构，在经过溶胀和化学解聚后，所得产物富含羟基、氨基，可将其与异氰酸酯反应，生成聚氨酯材料。 3 碳纤维/双马树脂复合材料废弃物再利用 双马树脂具备耐高温、高强度、高耐冲击性等优异性能，若直接热解，易造成资源浪费。团队通过可控化学裁剪，选择性打开C-N键，以降解树脂，回收碳纤维，降解产物可作为含氮的碳材料使用。 电镜图片显示，回收碳纤维表面光滑，几乎不存在树脂残留；同时，对比其力学性能发现，回收碳纤维与原始碳纤维相比，拉伸强度未明显下降。 同时，针对碳纤维双马树脂复合材料化学解聚条件苛刻、产物附加值低等问题，团队在双马树脂化学解聚上提出了一种新思路：碱催化酰亚胺键可控降解。通过酰亚胺键的选择性断裂，可直接得到回收碳纤维和化学品DDM，对降解产物进行结构表征，表征结果与理论一致。 4 纤维增强不饱和树脂复合材料化学解聚 团队在玻璃纤维方面也做了一些研究，通过选择性断裂不饱和树脂的酯键，将三维热固高分子转变成线性热塑SMA树脂，由于具有两亲性，其可作表面改性剂使用，所得单体又可以重新用于树脂的合成。该项技术正在与国内企业进行产业化合作。 5 纤维增强乙烯基树脂复合材料化学解聚 环氧乙烯基酯树脂交联度高、酯键密度低，同时酯键受侧链甲基保护，因此表现出耐酸碱、耐腐蚀等特性，降解相对困难。团队通过γ-戊内酯和水的复配溶剂，在催化剂作用下，选择性打开酯键，生成双酚A甘油醚、甲基丙烯酸和苯乙烯的共聚物（SMAA树脂），实现了降解体系的循环利用。 针对酚醛环氧乙烯基树脂，团队同样通过酯基选择性断裂，得到两亲低聚物NOGE、SMAA。红外图谱表明，酚醛环氧乙烯基树脂仅断裂酯键，苯环、醚键、碳骨架等主体结构均保留完整，真正实现了定向解聚。 团队整体研究思路，就是针对热固高分子中的C-X键，通过使用特定的催化剂和溶剂，实现碳杂原子键的选择性断裂。希望把固废利用起来，转变成应用制品或者原料，以实现资源的循环利用，为“碳达峰、碳中和”做出贡献。 侯相林，中国科学院山西煤炭化学研究所研究员，清华大学学士，中国科学院博士。中国化工学会超临界流体技术委员会委员，中国再生资源产业技术创新战略联盟专家委员会委员，SAMPE学会中国大陆总会复合材料回收再利用专业委员会委员，山西省三晋英才拔尖骨干人才。承担973、国家重点研发、山西省科技重大专项、山西省科技攻关等科技项目及不饱和树脂、环氧树脂等热固树脂化学解聚等横向课题。作为通讯作者在Applied Catalysis B，ACS Catalysis， Green Chem.等发表期刊论文百余篇，其中一区论文30余篇，授权国家发明专利百余件，合作出版《复合材料回收再利用》学术专著。
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