Longworth公司用于復合材料回收的DEECOM工藝聲稱可以生產出具有接近原始特性的完整纖維和樹脂回收。

由于當今的環保壓力，不少復合材料相關都公司面臨著比以往更大的壓力，需要對使用壽命結束后的制造部件采取回收或再利用的解決方案，包括無廢料的生產過程或再利用制造廢料的工藝方法。對于復合材料部件來說，回收問題本來就很復雜，因為復合材料部件的制造涉及兩種非常不同的材料組合。是否有可能從成品復合材料部件中回收纖維和樹脂材料？如果可以，它們表現出什么樣的特性，它們可以用來做什么？如果不能，如何回收整個復合材料部件，它們的特性和用途又是什么？

迄今為止，回收復合材料部件和材料的最常見方法是熱解（基于火焰）或熱解（基于熱量）、溶解（基于化學）、水解（基于水）或某種類型的機械加工（切碎或撕碎整個部件以重新使用等）。大多數這些過程的最終產品是機械性能降低的纖維（樹脂已被燒毀或化學熔化），適合切碎后作為填料，在無紡布、墊子或注射成型、噴涂應用中再使用。

Longworth公司（前身為英國B&M Longworth公司）是一家承諾采用新方法回收接近原生級的纖維和樹脂的公司。該工藝被稱為DEECOM，使用高溫蒸汽和壓力來分離和回收相關材料。經過十年的開發和技術驗證，該公司準備在今年推出用于復合材料回收的DEECOM工藝并進行商業化。

發展中的DEECOM工藝：從零件清潔到復合材料回收

自20世紀70年代以來，Longworth已經為聚合物制造行業提供了清潔解決方案。幾十年來，從金屬制造部件（如不銹鋼細網過濾器）中清洗聚合物的主要解決方案是采用三甘醇（TEG）等溶劑。在21世紀初，公司董事長約翰·諾里斯 、兒子彼得·諾里斯和Longworth團隊意識到，公司清潔系統中使用的許多化學品對客戶來說難以妥善處理，如果釋放到水源或其他不適當的渠道，可能會造成危險。該公司決定需要有一種方法，在不使用刺激性化學溶劑的情況下，從金屬部件上清除固化的聚合物熔體。

Longworth公司在2004年獲得專利的工藝被稱為DEECOM（意為 "減壓"），它是使用高溫蒸汽和加壓室的組合來清洗鋼鐵中的聚合物，不使用任何化學品，只使用水和蒸汽能量。

據Longworth公司的主管希爾說，這個過程比預期的效果要好。Longworth原本以為DEECOM能夠將一些聚合物從金屬上融化，這意味著需要更少的TEG或其他化學品來去除任何剩余的材料。"但它完全清潔了它，而且對鋼絲網沒有任何損害。"希爾說，"我們開始將DEECOM應用于整個行業，并對結果相當滿意。20年來，它給我們帶來了競爭優勢，客戶遍布全球。"

2007年，英國曼徹斯特大學的Peter Millington教授參觀了Longworth的工廠，讓該公司看到了DEECOM在復合材料回收方面的潛在應用。"Peter Millington教授說："你們完全忽略了一個事實，那就是這不僅僅是一個清潔解決方案，你實際上是在回收，你正在將聚合物與腔室中的任何其他物質分離。"

于是Longworth公司開始與復合材料行業的領導者和原始設備制造商聯系，以評估對該技術的興趣。2011年，該公司開始與波音公司在美國南卡羅來納州查爾斯頓的工廠合作，Longworth使用787飛機的碳纖維復合材料機身部分進行了DEECOM技術試驗。然后由克萊姆森大學（美國南卡羅來納州）測試和驗證結果。雖然結果尚未公開，但希爾說這是Longworth第一次意識到它的工藝在復合材料回收方面的效果有多好，生產出的最終纖維的機械性能可與原始的航空級碳纖維媲美。

Longworth仍然是復合材料行業的新手，在接下來的幾年里，Longworth在內部進行研發，測試和優化其DEECOM工藝版本，專門用于復合材料回收。該公司在2012年申請了DEECOM作為廢物回收工藝的專利，這在2017年首次在中國被接受，隨后在美國和歐洲等其他地區被接受。

最近，希爾說，Longworth一直在努力進一步驗證其工藝的結果，通過英國政府資助的項目以及與大學和研究機構（如英國布里斯托爾國家復合材料中心（NCC））的合作。"當你帶著非常創新的東西進入時，當你與已經投資和依賴了幾十年的技術對抗時，你需要來自行業的額外驗證。"她說，"這不再是一個相信我們話的情況了。"

DEECOM工藝流程

DEECOM系統的第一次迭代被設定為批量處理廢物。要回收的部分被送入一個大型壓力容器的頂部。飽和蒸汽通過管道進入DEECOM的加熱系統，過熱到至少400℃（752℉），然后進入壓力容器。當過熱蒸汽仍然存在時，容器的壓力至少比大氣壓力高0.5巴，并經歷多個壓縮和減壓循環——循環的頻率和強度取決于每種材料的特性。在實踐中，每次減壓都會從纖維中分離出更多的樹脂。

樹脂，現在是氣體或液體，取決于樹脂的類型和它對這個過程的反應，然后下降到一個收集區，而纖維則盡可能保持完整，希爾說："它沒有彎曲、損壞或燒毀，它實際上只是被清洗了。它的狀態與你把它放進去時完全一樣，長度和一切都一樣。" 唯一的其他廢物輸出是通過煙囪排出的蒸汽。如果需要的話，可以捕捉這種蒸汽用于熱回收，從而進一步減少該工藝的環境足跡。整個過程的時間取決于特定部件所需的壓縮/減壓循環次數。

三個關鍵的工藝參數是溫度、壓力和時間——而這些參數會因每種材料的組合和被加工的零件或材料的尺寸而改變。"這三個參數的任何組合都會得到非常不同的結果。我們已經發現，即使是一個細小程度的差異也能完全改變結果。"希爾說。

在連續系統中，固化或未固化的部件通過螺桿不斷地被送入系統，在那里它們被移過一系列的腔室，按照設定的參數進行壓縮和減壓。希爾說，對于需要回收大量復合材料廢料的回收設施來說，這種更有效的選擇將是理想的。該系統被認為能夠與傳統的熱解系統相提并論，同時對環境的影響更小。不需要連續進料能力的生產設施可能更適合于批量選項。

DEECOM工藝通常與材料無關；然而，所有類型的復合材料回收面臨的挑戰是，該工藝高度依賴于特定樹脂和特定部件的化學成分。希爾說："每當樹脂供應商調整一些東西，或改進一種固化劑時，都會改變其加工方式。為了在這個行業內實現完全的循環性，我們需要與樹脂生產商合作，接受'為拆卸而設計'的精神，而不是讓可持續性和競爭優勢發生沖突。"

因為Longworth希望將DEECOM的碳足跡保持在盡可能小的范圍內，該公司繼續進行改進，以優化工藝，以便僅使用所需的能源和水。希爾解釋說："因為它是一個批處理過程，有時我們不確定它是否在一小時內完成并準備好，或者是否還需要三個小時或其它情況。我們有學術伙伴在做項目，以研究魔法發生在周期的哪個階段。"如果客戶選擇使用可再生能源為設備供電，如果客戶捕捉并重新利用過程中釋放的熱量和能量，該過程也可以變得更加可持續。未來的研發將著眼于是否可以使用再利用或淡化的海水。

市場投放和持續研發 

通過與全球復合材料行業設備供應商Cygnet Texkimp（英國）的新合作，Longworth計劃在2022年第二季度開始銷售DEECOM設備。將提供三種通用尺寸的批量設備和一個連續設備選項，希爾指出，每個設備最終都會根據客戶的需求而有所不同。

該公司預計，該技術對希望回收和再利用自己生產的廢料的制造商，以及尋求更清潔、大規模解決方案的復合材料回收商來說，顯示出最大的潛力。希爾指出，購買DEECOM系統的一個關鍵是考慮到再生纖維的用途。例如，在片狀模塑料（SMC）中使用切碎的纖維的公司可以在DEECOM的再生碳纖維（rCF）中節省成本。正在進行的生命周期分析（LCA）項目正在執行以確定其他應用程序。

清潔、完整的碳纖維

這些顯微鏡圖像顯示，回收的 X 射線片中的碳纖維在 DEECOM 處理后沒有殘留物

對于回收商來說，DEECOM可以替代熱解，也可以與熱解同時使用。希爾說，從目前顯示的結果來看，Longworth樂觀地認為，DEECOM可以幫助纖維在其性能降低之前被重復使用兩到三個生命周期。然而，她承認，Longworth的系統只是眾多選擇中的一個，理想的解決方案可能取決于材料。

此外，Longworth正在尋求與對回收纖維和樹脂感興趣的客戶合作。"大多數人不希望我們回收樹脂，因為價值在碳中。但我們希望看到的是有人真正對回收樹脂感興趣，因為這給我們帶來了真正的循環，這也是創新的重點，"希爾說。與纖維一樣，再生樹脂的價值將取決于原生樹脂的價值，因此，高性能和航空級樹脂在初期將最具吸引力。

醫療X射線板回收

這些預浸料碳纖維X射線板在通過DEECOM工藝處理之前（左圖）和之后（右圖）顯示，幾乎完好無損

同時，Longworth將繼續致力于發展DEECOM。例如，該公司參與了多個項目，以了解全部價值并評估再生纖維和樹脂的使用情況。"我們知道纖維80-100%干凈且不含樹脂。我們知道我們可以根據需要保留上漿或去除上漿。我們不知道的是，就商業價值而言，這些用途中哪些是最可行的，哪些是最低碳的，可以作為那些真正不需要使用原生纖維并支付溢價的人的替代品。"

希爾還參與了英國標準協會（BSI，英國倫敦）委員會編寫新的標準，以允許英國采用新型回收工藝，因為DEECOM并不直接屬于熱解、溶解或水解等其他類型的回收。

希爾承認，還有很多工作要做，但她確信DEECOM可以在推進復合材料回收方面發揮作用。她說，"對于復合材料來說，整個行業似乎已經準備好了一些新的創新。整個行業知道它不應該熱解所有的東西或填埋所有的東西，也知道世界范圍內的碳纖維短缺，并將繼續存在。人們對更多的復合材料回收有興趣，對它有渴望，但它需要在商業上有意義。該行業能夠找到穩定的、高質量的回收碳纖維的用途越多，通過減少對原生纖維供應鏈的壓力，它將變得更便宜和更容易獲得。對于采用這種技術在現場轉化自己的廢物的制造商來說，他們將有效地免費獲得高品位、穩定的再生原料。這是一個不需要考慮的問題"。

本文由中國復合材料工業協會收集自網絡，文章不用于商業目的，僅供行業人士交流。