汽车轻量化需求持续增长 碳纤维回收如何增效降本

2018-04-04 14:04:59·  来源:第一电动汽车网  作者:王宁  浏览:69
   
碳纤维是一种含碳量在90%以上的强度高、重量轻、耐腐蚀、拥有良好的吸能效果的材料,可以取代很多传统材料,对于汽车轻量化具有跨时代的意义。不过高昂的价格让车企和消费者望而却步,近几年成本稍有降低才得以民用,目前每千克200~250元的价格,依然远超传统材料,使得很多汽车企业在使用碳纤维时捉襟见肘。
简单来说,碳纤维是一种含碳量在90%以上的强度高、重量轻、耐腐蚀、拥有良好的吸能效果的材料,可以取代很多传统材料,对于汽车轻量化具有跨时代的意义。不过高昂的价格让车企和消费者望而却步,近几年成本稍有降低才得以民用,目前每千克200~250元的价格,依然远超传统材料,使得很多汽车企业在使用碳纤维时捉襟见肘。

汽车行业碳纤维使用现状

在包括汽车在内的其他行业,近几年对碳纤维需求量增长非常迅速,预计2020年将增长至每年14万吨。碳纤维在机动车行业使用寿命为15年,在航空领域是20到25年,并且目前的飞机机身碳纤维占比为40%,所以在未来10年到20年,市场上会有大量的碳纤维材料需要去回收,中国2017年4月份出台了《循环发展引领行动》,10月份推出《产业关键共性技术发展指南》,里面都提到碳纤维复合材料的回收再利用。

如今除了宝马I3碳纤维复合材料占比达50%,大部分燃油车依然是使用钢材或者合金车身,新能源汽车之前多采用全铝车身和碳纤维车身,随着动力的增强,为了削减成本也开始使用钢铁以及合金,比如特斯拉Model S采用全铝车身,现在新款Model 3换成了钢、铝混合车身,宝马I3将换成钢、铝、碳混合车身,国产新能源汽车更多是小型车,多采用低成本全铝合金框架,整体汽车行业碳纤维使用率较低,难以实现极致的轻量化,碳纤维的回收势在必行。

高效率回收仍面临技术难关

首先热固性的聚合物不能直接加热重新塑型,并且而且回收材料往往掺杂污染物,如金属以及塑料的碎屑,如果想要让目前的回收技术走出实验室,进行工业生产,就必须要解决成本问题,在2018车用材料(西青)国际论坛中来自诺丁汉大学的孟凡然教授带来了他们的实验成果。

目前的碳纤维回收工艺主要分为三种,机械法、化学法以及热解法,机械回收方法并不适用于汽车用碳纤维复合材料的回收,且化学法回收仍然局限于实验室阶段,距离工业化生产还有较大差距,因此目前热解法是目前唯一实现工业化生产的碳纤维复合材料回收技术。

目前的碳纤维回收工艺主要分为三种,机械法、化学法以及热解法,机械回收方法并不适用于汽车用碳纤维复合材料的回收,且化学法回收仍然局限于实验室阶段,距离工业化生产还有较大差距,因此目前热解法是目前唯一实现工业化生产的碳纤维复合材料回收技术。

实验所采用的是热解法中流化床的回收工艺,首先将废料装填进流化床,流化床经过500度以上的高温,回收的聚合物通过氧化清除之后,剩下的就是碳纤维。碳纤维再经过回收流程予以收集,剩下的废气可以进行循环,整个流程可以回收废物当中的碳纤维,有效的分离污染物和碳纤维,包括其中的杂质。并且利用废气的循环降低整个流程的耗能,实现了能量回流,拥有良好的市场前景。

<em></em>	 汽车轻量化需求持续增长 碳纤维回收如何增效降本

不过回收的碳纤维和传统材料是不一样的,不能直接用于最终产品的制造,要用回收的碳纤维去进行中间的处理,包括纤维的分布、悬浮、热干燥等过程,最后还需要将得到的碳纤维进行排列,利用旋转,旋转箍可以对纤维的方向进行校正和统一,最后得到经过调整和排列的碳纤维材料,用来生成高强度的碳纤维复合材料。

从回收料分解到后面复合物生产以及机动车零部件生产,很多的变量都影响着回收的成本,包括输送废料的速度以及废料的品质,送料较快时能量消耗明显减少。

同时,如果从全生命周期来看,再生碳纤生产的整车燃油经济性为20%到60%不等,回收的复合物可以降低温室气体排放,在进行排列之后能够带来更高的强度,再生碳纤维的性能相较传统材料,依然有明显的优势。