以目前台灣複合材料產業來看,估計約有30%的碳纖維會以廢料的形式出現,也代表著這些有價值的材料最終進入垃圾填埋場或焚化爐焚燒。然而,全球的複合材料行業正在成長,根據MarketsandMarkets INC.統計,全球複合材料市場市值預估從2020年的740億美元到2025年會成長到1,128億美元,複合年增長率為8.8%。以台灣為例,台灣在碳纖複材總體產量為全球第四,產品涵蓋面則高達2~3千多種,且集中於運動器材、印刷電路板(PCB)以及遊艇等系列商品。若未來的碳纖複材用量及用途逐年提高,將會有處理多元碳纖維廢棄物的問題。

因此,上中下游廠商無不透過各種產官學研究合作,以提升資源效率、產生新的經濟動能,以及創造資源價值為目標,發展關鍵技術來循環再利用這些廢棄物,以解決現有的處置問題。

現有回收碳纖維複材的技術,主要有三種,分別是「物理機械法」、「化學溶劑法」和「高溫熱解法」。物理機械法是將廢棄複合材料縮小至更小碎片,再回收利用。目前的粉碎機分離技術,能夠分類廢棄料,分開搜集較高纖維含量和較高樹脂含量的回收物。可見物理機械回收是以顆粒大小作為回收依據,但由於碳纖維在過程中遭到破壞,無法獲得價值高的長纖維進行加工利用。

第二種化學溶劑法則是根據廢棄複合材料中的聚合物性質,來選擇合適的化學溶劑和催化劑來溶解聚合物。使用化學溶劑處理的碳纖維能夠保留價值高的長纖維。而且在科技設備日益精進之下,樹脂可通過溶劑(溶劑分解)或水(水解)來降解,可減少有機化學品和濃縮化學品的使用對環境造成的二次污染。

然而,以塑膠加工角度而言,「高溫熱解法」具有最佳競爭優勢。高溫熱解法是利用熱能量來分解廢棄複合材料,一般可區分為三種類型,分別為燃燒/焚化、高溫流體化床以及熱裂解。熱裂解溫度取決於廢棄複合材料中使用的樹脂類型,因為一般樹脂在較高的工作溫度下(450~700°C)很容易燃燒,能夠留下具有經濟價值的碳纖維,但若使用不適當的溫度,可能會在纖維表面留下煤焦或者導致纖維直徑變小影響強度。因此,在選擇熱裂解回收法時,必須在最佳溫度下控制樹脂分解,而不是完全燃燒廢棄複合材料。

使用熱裂解回收法時,若導入微波技術,在加熱過程中具有即時加熱的特性,在未來能夠取代傳統熱裂解升溫緩慢,以及能源的浪費問題。

同時,在塑膠中心合作的處理廠商當中,也承接國外微波輔助熱解技術,以獨特的微波反應場域設計,來密集管理能量,使得廢棄複合材料處理時間更短,具節能特性;更重要的是,在處理後的回收碳纖維樹脂去除率可達九成以上,相當有競爭力。未來,塑膠中心亦透過微波輔助熱解技術回收的碳纖維,進行熱壓製程、射出加工以及長纖造粒,達到碳纖維再利用的經濟價值。

#纖維 #複合材料 #樹脂 #熱裂解 #技術