引言

随着碳纤维/玄武岩纤维增强复合材料在航空航天、风电叶片、汽车轻量化及建筑领域的广泛应用，退役与生产过程产生的废弃复合材料逐年剧增。热固性树脂基体高度交联、难溶解、难熔融，使传统废弃处理方式面临环境与资源双重压力。从废弃复合材料中有价回收高性能纤维并重新制造纤维增强复合材料，是实现复合材料全生命周期循环经济与降低碳足迹的核心路径。近年来，围绕碳纤维与玄武岩纤维的回收工艺开发、回收纤维性能演变规律及其在二次复合材料中的再利用，已形成较为系统的研究成果。

回收工艺及纤维分离技术

目前高性能纤维的主流回收方法可分为机械回收法、热解回收法与化学回收法三大类。

机械回收法通过破碎、研磨将废弃复合材料粉碎为颗粒或粉末，工艺简单、成本低，但纤维在强烈机械作用下断裂为短切纤维或粉末，长径比大幅下降，通常只能作为填料降级使用，难以保留连续纤维形态，不适用于高值化纤维回收。

热解回收法是在缺氧或惰性气氛下将复合材料加热至使树脂基体热分解的温度，树脂降解为油气产物，从而分离出碳纤维或玄武岩纤维。常见形式包括固定床高温热解、流化床热解及微波辅助热解。热解法是目前唯一实现工业化连续处理的成熟路线，尤其适合大批量处理混杂废料与大型构件如风电叶片。微波辅助热解可通过从材料内部加热缩短处理时间并一定程度上减轻纤维热损伤。流化床工艺对含金属嵌件废料适应性强，但高温高速颗粒摩擦易造成纤维表面微损伤与长度缩减。

化学回收法利用溶剂解聚、超临界或亚临界流体、熔融盐、电化学降解等手段，在相对温和条件下断裂树脂交联键使基体溶解或分解，完整释放纤维。溶剂分解法与超临界水或醇类流体可在较低温度下实现环氧树脂的高效降解，回收纤维表面树脂残留少，纤维本体结构及表面沟槽形貌得以较好保留。熔融盐法与电化学回收是近年受到关注的温和降解路线。化学回收的主要制约因素在于反应条件苛刻、溶剂成本较高及废液处理要求严格，目前多处于中试阶段，尚未大规模商业化，但被认为是实现高品质再生纤维闭环回收的重要方向。

玄武岩纤维本身具有优良的热稳定性，在适当温度的热处理下去除聚酯或环氧基体后，纤维可保持原有连续编织形态，为其再制造提供了更有利的前提。部分研究亦尝试采用类玻璃高分子（Vitrimer）基体与玄武岩纤维复合，通过可逆共价交换反应实现纤维的无损回收与再成型。

回收纤维的性能折损与界面特征

回收工艺参数直接决定回收纤维的残余性能。热解温度过高或停留时间过长会引起碳纤维表面氧化、微裂纹萌生及石墨片层轻微紊乱，导致拉伸强度出现一定程度下降，弹性模量受影响相对较小。流化床工艺中纤维间摩擦亦会造成表面磨损。相比之下，化学溶剂解法因反应温度低且避免了强氧化性气氛，回收碳纤维的表面活性官能团保留较完整，表面惰性化程度低，拉伸强度与模量更接近原生纤维。

玄武岩纤维的热稳定性优于普通E-玻璃纤维，在控制热解温度下去除基体后质量损失微小，单丝强度与表面化学结构基本不变，再制造复合材料的弯曲强度与模量仅出现较小幅度下降，失效模式主要表现为界面脱粘而非纤维自身断裂，说明界面结合是再制造玄武岩纤维复合材料需重点关注的问题。

无论碳纤维还是玄武岩纤维，回收后普遍存在表面残留碳化层或官能团流失导致的界面活性降低现象，致使再生纤维与新基体的界面剪切强度不及原生纤维复合材料，层间剪切强度随之受到影响。因此，回收纤维在二次使用前常辅以表面活化处理，如适度氧化、等离子体处理、偶联剂接枝或上浆剂重新涂覆，以重建界面化学键合并改善浸润性。

此外，机械回收造成的纤维长度分布不均与批次间性能离散性，是限制再生碳纤维在高性能结构中直接替代原生纤维的主要障碍之一，需通过建立回收纤维分级评价标准予以规范。

二次增强复合材料制备与应用前景

依回收纤维形态与长度，再生纤维复合材料主要分为以下几类应用路径：长回收碳纤维或玄武岩纤维经重新排布后可制备非织造毡、织物或预浸料，用于制造对性能要求适中但对成本敏感的非承力或次承力结构件，如汽车内饰板、电池盒盖、电子设备外壳等；中等长度回收纤维可用于制造短纤维增强热塑性或热固性模塑料（如SMC/BMC），适合批量模压成型汽车底护板、挡泥板等非外观结构件；极短纤维或磨碎纤维可作为功能性填料掺入新基体中改善导电性、耐磨性或用于水泥基材料增强。

再生玄武岩纤维因热稳定性好且易保持连续形态，其再制造层合板表现出与原始层合板相近的基本力学响应，适合作为建筑补强织物、临时支护结构及非关键承载构件。部分学者已将回收玄武岩纤维毡重新用于新建复合层板，验证了其技术可行性。

从生命周期评价角度看，回收碳纤维复合材料的生产能耗仅为原生碳纤维的极小部分，温室气体排放显著降低，符合全球碳中和与绿色制造政策导向，这也是推动再生纤维复合材料在汽车与通用工业领域逐步扩大应用的重要驱动力。

结语与展望

当前碳纤维与玄武岩纤维增强复合材料回收再制造领域仍存在若干待突破的科学与工程问题：热解工艺需进一步优化温控策略与气氛控制以减少纤维热氧化损伤；化学回收需解决溶剂循环利用率与经济性问题以实现工业化放大；回收纤维缺乏统一的力学性能分级与界面活性评价标准；再制造复合材料的长期耐久性及湿热老化行为尚需系统研究。未来，结合热塑性复合材料的可逆回收设计（如Vitrimer基体）、温和催化降解技术及回收纤维表面精准活化改性，有望实现高性能纤维复合材料真正意义上的高值闭环循环利用。

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