Nature丨用醋酸回收碳纤维，环氧树脂复合材料化学回收新突破

摘要：碳纤维增强聚合物（CFRP）用于全球能源转型的许多应用中，包括用于轻量化飞机和车辆以及用于风力涡轮机叶片、集装箱和气体储存容器。鉴于CFRP的高成本和能源密集型制造，需要回收完整的碳纤维和环氧树脂的回收策略，胺树脂组分。在这里，表明乙酸有效地解聚用于CFRP的

中国“强制使用再生塑料”时代第1展

2025年9月2日·浙江宁波，点击上图报名ChinaReplas大会

摘要：碳纤维增强聚合物（CFRP）用于全球能源转型的许多应用中，包括用于轻量化飞机和车辆以及用于风力涡轮机叶片、集装箱和气体储存容器。鉴于CFRP的高成本和能源密集型制造，需要回收完整的碳纤维和环氧树脂的回收策略，胺树脂组分。在这里，表明乙酸有效地解聚用于CFRP的脂肪族和芳香族环氧胺热固性材料为可回收的单体，产生原始的碳纤维。来自多种材料的解构证明了这种方法的广泛适用性，从2小时的反应中提供清洁的纤维。最佳条件被放大到80.0 g的消费后的CFRP，并且由再循环两次的再循环碳纤维制造示范性复合材料，在整个过程中保持其强度。工艺建模和技术经济分析，原料成本由风力涡轮机叶片废物产生所告知，表明这种方法是成本有效的，回收碳纤维的最低售价为每公斤1.50美元，而生命周期评估显示，工艺过程中的温室气体排放量比原始碳纤维生产低约99%。总体而言，这种方法可以实现工业碳纤维复合材料的回收，因为它提供了清洁，机械可行的回收碳纤维和热固性树脂中可回收的树脂单体。

研究背景

高性能材料的“终极回收难题”

碳纤维复合材料（CFRPs）因其优异的强度重量比、耐腐蚀性与耐久性，正在逐步替代钢材和铝材，尤其在绿色能源与交通轻量化领域。然而，其制造过程不仅复杂，还造成大量温室气体排放。

当前，碳纤维生产多依赖聚丙烯腈（PAN）纤维碳化，每公斤碳纤维的碳足迹高达25公斤CO₂。配套的环氧树脂生产同样高能耗，而且难以降解，这也导致大量复合材料废弃后只能填埋，回收率极低。

虽然已有研究尝试回收CFRPs，如热解、溶剂法等，但大多仅能回收碳纤维，无法回收树脂成分，循环利用难度大。本文提出一种新型方法——使用“醋酸解聚”（Acetolysis），能实现树脂和碳纤维的双回收，打破复合材料不可回收的“魔咒”。

研究方法

研究人员用一种被称为“乙酸溶解反应”的方式处理含环氧树脂的CFRP材料。具体步骤如下：

1. 将CFRP切碎后放入耐高温反应釜中；

2. 加入一定量的纯乙酸，密封反应容器并加压；

3. 加热至280℃左右，反应2小时；

4. 冷却后过滤出碳纤维，再通过溶剂回收液态产物。

研究首先在小型模型中验证了方法的有效性，包括使用不同胺类固化剂和稀释剂制成的环氧树脂样品。之后，扩展到实际应用场景，如报废飞机、风电叶片、山地车车架等真实废弃材料。

研究结1. 树脂彻底分解，回收高纯度单体

该方法能够打破环氧树脂中的C–O 和 C–N 化学键，产出两类主要单体：

双酚A（BPA）及其衍生物；

胺类固化剂的醋酸酰胺形式，如DAIPDA（乙酰化的IPDA）。

例如，在260–300℃下，反应3小时后可获得高达95%的DAIPDA和69%的BPA衍生物。

2. 碳纤维完整回收，不损力学性能

回收的碳纤维经扫描电镜（SEM）观察，表面光滑无残留树脂，经单丝拉伸实验测试，其拉伸模量与未使用碳纤维无显著差异。更重要的是，即使经过二次、三次循环使用，材料性能依然稳定。

3. 适用于多种工业场景

作者测试了多种来自实际工业的CFRPs，包括：

这些样品在无需复杂预处理的情况下，树脂去除率均达到95%以上，有的甚至接近100%，表现出高度的普适性。

4. 成本低，环保效益显著

技术经济分析（TEA）和生命周期评估（LCA）表明：

每公斤回收碳纤维最低售价可低至1.5美元；

相比原生碳纤维制造，碳排放降低了99%；

工艺所需的主要能源为加热蒸汽与乙酸，成本可控。

图文解析

图1.脂族环氧-胺热固性材料的醋酸解

图2.脂肪族和芳香族环氧-胺CFRP的醋酸解

图3.消费后材料上的乙酰解反应

图4.碳纤维增强塑料醋酸解工艺模型及经济环保评价

—5—

总结

本文的最大亮点在于提出并验证了一种适用于当前工业主流环氧胺树脂的高效“醋酸解聚”工艺。这一方法突破了传统热解法“只回收纤维、丢弃树脂”的技术瓶颈，实现了对CFRP全成分的高效分离与回收。在实现碳纤维完整保留的同时，还可回收高纯度的双酚A和胺类原料，具备实现“闭环循环”的潜力。此外，该技术操作相对简便，能在温和条件下快速完成反应，并且已经在真实工业样品中完成测试，为后续商业化落地奠定基础。经济与环境评估的良好表现，使其成为推动高性能材料循环经济的有力工具。未来若能与连续化工艺结合，或进一步拓展到其他热固性复合材料，其影响力将不容小觑。

免责声明：本公众号旨在传播行业新闻和科研成果，促进塑料循环利用领域的交流，不用做任何商业用途。若涉及版权问题，请与我们联系，我们将及时进行修改或删除。

—6—

Chem-Replas2025第三届废塑料化学循环论坛（热裂解方向、溶解、非PET解聚）

主题：成熟的技术与成功的项目