碳纖維是一種質輕、強韌、且耐用的先進材料,由碳原子組成的纖維束所組成,相比起其他傳統材料,如鋼鐵和鋁合金,具有更高的強度和剛性,同時重量更輕。因此碳纖維製成的產品具有極高的強度和剛性,因此可以承受極大的負載,同時保持輕盈。其次,碳纖維具有優異的抗腐蝕性和耐磨性,能夠在惡劣環境下長期使用而不易受損。此外,碳纖維還具有優異的導熱和導電性。這些有點使其在一些特殊應用中表現出色,受到廣泛青睞。
全球超過 90% 的碳纖維前驅物來自聚丙烯腈(PAN),其製造過程主要包括預氧化與碳化兩個關鍵步驟。首先,PAN 纖維需在 200 至 300℃ 進行預氧化,以提升碳化率及機械性能。隨後,預氧化後的纖維被置於惰性氣體環境中,加熱至約 1,500℃ 進行碳化,此過程可去除非碳元素,使纖維純化並轉變為碳纖維,確保其優異的力學性能與化學純度。
碳纖維的製造高度精密,需嚴格控制每個步驟,以確保品質與性能。然而,該產業同時伴隨高能耗與高碳排放的挑戰。
複合材料由兩種或多種物理、化學性質不同的物質組成,透過相互補強產生協同效應,使其綜合性能優於單一組成材料,滿足各種應用需求。碳纖維複合材料則是由碳纖維與樹脂等基材組成的高性能材料,其中,樹脂作為基質,碳纖維則為補強材料,負責承受主要負載,並提升剛性、抗疲勞性與抗蠕變性,抑制微裂紋延伸,確保材料的力學穩定性。
憑藉卓越性能、靈活加工性及廣泛應用潛力,碳纖維複合材料已成為工程材料領域的焦點,不僅廣泛應用於航空航天、汽車工業與運動器材等高端領域,亦在建築、能源及民生產品領域展現巨大發展潛力。
碳纖維材料在提供現代社會高效和便利的同時,卻同時面臨著一些挑戰和困境,包括材料可循環性與製造過程製造大量二氧化碳排放等問題。
目前,大部分的碳纖維製品很難進行有效的回收和再利用,這導致了資源的浪費和環境污染的問題。因此,提高碳纖維材料的可循環性,將對環境可持續性產生重要影響。其次,碳纖維的製造需要大量的能源和化學物質,這導致能源消耗增加和排放增加,對環境造成負面影響。未來,若沒有相對應的再生技術延續碳纖維材料的可持續性,碳纖維廢棄物將變成棘手的難題,處理方法只能通過焚化或掩埋,兩者都將對環境造成嚴重的傷害。
目前,碳纖維回收技術主要包括化學溶劑法與高溫裂解法,兩者皆用於分離碳纖維與樹脂。回收碳纖維的品質取決於其表面損傷程度及樹脂去除的完整度。近年來,全球研究機構與業者積極投入碳纖維回收技術的開發,但具備量產能力的企業仍屈指可數。
安能聚綠能採用專利設備與技術,利用高溫裂解法回收優質碳纖維,並投資建設相關設備與基礎設施,以推動大規模再生料生產。透過先進的高溫裂解技術,高效處理碳纖維複合材料廢棄物,成功回收高品質再生碳纖維絲,助力碳纖維產業邁向低碳製造與永續發展。