科学家新视野－台湾发展复合材料产业 废弃物循环及再利用的机会

以目前台湾复合材料产业来看，估计约有30％的碳纤维会以废料的形式出现，也代表着这些有价值的材料最终进入垃圾填埋场或焚化炉焚烧。然而，全球的复合材料行业正在成长，根据MarketsandMarkets INC.统计，全球复合材料市场市值预估从2020年的740亿美元到2025年会成长到1,128亿美元，复合年增长率为8.8％。以台湾为例，台湾在碳纤复材总体产量为全球第四，产品涵盖面则高达2～3千多种，且集中于运动器材、印刷电路板（PCB）以及游艇等系列商品。若未来的碳纤复材用量及用途逐年提高，将会有处理多元碳纤维废弃物的问题。

因此，上中下游厂商无不透过各种产官学研究合作，以提升资源效率、产生新的经济动能，以及创造资源价值为目标，发展关键技术来循环再利用这些废弃物，以解决现有的处置问题。

现有回收碳纤维复材的技术，主要有三种，分别是「物理机械法」、「化学溶剂法」和「高温热解法」。物理机械法是将废弃复合材料缩小至更小碎片，再回收利用。目前的粉碎机分离技术，能够分类废弃料，分开搜集较高纤维含量和较高树脂含量的回收物。可见物理机械回收是以颗粒大小作为回收依据，但由于碳纤维在过程中遭到破坏，无法获得价值高的长纤维进行加工利用。

第二种化学溶剂法则是根据废弃复合材料中的聚合物性质，来选择合适的化学溶剂和催化剂来溶解聚合物。使用化学溶剂处理的碳纤维能够保留价值高的长纤维。而且在科技设备日益精进之下，树脂可通过溶剂（溶剂分解）或水（水解）来降解，可减少有机化学品和浓缩化学品的使用对环境造成的二次污染。

然而，以塑胶加工角度而言，「高温热解法」具有最佳竞争优势。高温热解法是利用热能量来分解废弃复合材料，一般可区分为三种类型，分别为燃烧／焚化、高温流体化床以及热裂解。热裂解温度取决于废弃复合材料中使用的树脂类型，因为一般树脂在较高的工作温度下（450～700°C）很容易燃烧，能够留下具有经济价值的碳纤维，但若使用不适当的温度，可能会在纤维表面留下煤焦或者导致纤维直径变小影响强度。因此，在选择热裂解回收法时，必须在最佳温度下控制树脂分解，而不是完全燃烧废弃复合材料。

使用热裂解回收法时，若导入微波技术，在加热过程中具有即时加热的特性，在未来能够取代传统热裂解升温缓慢，以及能源的浪费问题。

同时，在塑胶中心合作的处理厂商当中，也承接国外微波辅助热解技术，以独特的微波反应场域设计，来密集管理能量，使得废弃复合材料处理时间更短，具节能特性；更重要的是，在处理后的回收碳纤维树脂去除率可达九成以上，相当有竞争力。未来，塑胶中心亦透过微波辅助热解技术回收的碳纤维，进行热压制程、射出加工以及长纤造粒，达到碳纤维再利用的经济价值。