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航空航天企业正致力于减少飞机制造过程中产生的难以回收的复合材料对环境造成的负面影响。除了近期波音公司宣布与英国一家企业合作，将飞机制造过程中产生的多余复合材料从生产线上回收以应用到汽车等设备的制造中，另一家来自法国的企业也正致力于开发一种从竹子中提取纤维制成的复合材料，用以取代传统的利用聚合物生产飞机客舱内饰的材料。 一、波音公司与来自英国的ELG碳纤维有限公司团队合作回收复合材料废料 2018年12月5日，波音公司宣布与总部位于英国的ELG碳纤维有限公司合作，共同推进11家飞机制造厂产生的多余复合材料的回收，并将其转化到电子配件和汽车设备中取得再利用。位于加拿大、中国和马来西亚的另外3架飞机制造厂也将在后续合作中加入其中。 波音公司表示，参与实施这项计划，可以帮助波音公司的主机场所每年减少超过100万磅固体废料，这将有力支持波音公司在2025年前将送往垃圾填埋场的废料量减少20%的大目标。 因为与铝合金相比更轻质的特性，碳纤维复合材料广泛用于生产波音787“梦想班机”和即将推出的波音777X客机。但这种材料的一个主要缺点就是由于材料本身经过了固化，难以再次分解和回收利用，因此大部分碳纤维复合材料的废料最终都会通过填埋的方式处理，造成环境破坏。为了解决这个问题，英国ELG公司开发了一种可回收固化的航空级复合材料的方法，并将回收的材料应用到其他产品中。 波音公司的发言人表示，从波音公司的材料中回收的纤维，主要将转化为非织物材料或碳纤维增强的热塑性化合物。“目前使用回收后产生的非织物材料可以生产的产品包括车盖、车顶和和风电叶片等。而使用碳纤维增强热塑性化合物可生产的产品包括（集成电路）载体托盘以及汽车电气系统组件等。” 01 来自波音公司飞机制造厂多余的复合材料废料可以经过回收后在汽车产品应用，例如上图中展示的装在跑车车头的部件。 为了大规模地测试这种复合材料回收方法，波音与ELG公司在位于华盛顿埃弗雷特的波音复合材料机翼中心共同开展了一个试点项目，主要做法是将复合材料废料放入高温熔炉中加热，蒸发将碳纤维层粘合在一起的树脂，将其清理干净的碳纤维出售给生产电子产品和从事汽车制造等领域的公司。根据两家公司发言人的说法，在过去18个月的时间里，这两家公司的合作一共回收了38万磅的碳纤维。 波音公司原本打算将这些材料运往ELG公司位于英国工厂进行再加工，但随着回收再利用碳纤维的市场逐步发展，预计很快两家公司将在美国兴建一个全新的工厂。 02 碳纤维复合材料在波音787项目中获得了广泛的应用，波音公司正努力寻找回收机身复合材料的方法。 两家公司的合作面临的下一个挑战就是寻找一种方法，处理经过长期使用需要更换的复合材料，例如在波音787等飞机达到退役年限时，需要将机体复合材料与机身的其他部分分离，拆除结构再进行循环使用。2018年初，波音公司曾经参与了一项被称为“世界上首次拆除飞机复合材料机身”的项目。 “我们从这个项目中获得的经验，将帮助整个行业确定如何从大量使用复合材料的飞机上回收复合材料，找到最佳的方法。”波音公司的发言人补充道。“随着理论知识的积累和技术手段的进步，我们可以乐观的预计，目前的回收率（按重量计占飞机的近90％）将获得长久的保持和进步。” 二、法国企业利用竹子开发飞机内饰用生物复合材料 在波音公司积极寻找回收复合材料方法的同时，多达8家法国企业正在联合开发一种更加环保的竹制替代品，替换用于制造飞机内饰的复合材料。为此，它们共同参与了一项名为BAMCO的项目，目的是开发利用竹子长纤维制成的新型生物基复合材料。它可用于替代玻璃、酚醛类树脂基复合材料，例如机舱内部盖板、机身包覆盖板和机载厨房等部位。 据联合参与这一项目的公司之一艾西斯腾科技公司（Assystem Technologies）材料与工艺学科负责人菲利佩·庞特斯表示，BAMCO复合材料已经有效地被用于制造行李储物柜、机舱装饰板以及某些特殊类型飞机的舱壁和配件等。其他参与该项目的公司阿科玛公司、Cobratex公司、特种聚合物公司（Specific Polymers），材料工程学大学校际研究中心（CIRIMAT，是法国国立高等化学工艺技术工程师学院下属的四个重点研究实验室之一），法国ESTIA工程师学院Compositadour复合工业材料实验平台，丽萨航空集团公司（Lisa Aeronautics）和梅卡诺工业与设计公司（Mecano ID）。 除了相应环保的号召，满足全球减少塑料用量的需求外，源自自然界生物制造的复合材料还可以作为某些聚合物复合材料的替代品，特别是那些会受到欧盟REACH（化学品注册、评估、授权和限制）法规的影响的聚合物复合材料。 “REACH法规中限定与飞机相关的产品，主要是目前使用的表面处理剂、油漆和粘合剂等，但我们预计含有酚醛聚合物的树脂基复合材料也将在不久的将来包括在内……这意味着人们必须尽快寻找替代产品方案。”庞特斯说。 “设想的解决方案之一是改用物质组成及化学性质都不同的树脂，例如来源于自然界生物的、使用源自植物的天然树脂，配合与非化石资源材料一同使用的连续竹制纤维。”庞特斯表示。 竹制纤维比传统的玻璃纤维更轻，但具有旗鼓相当的应力水平，这使得它可以成为“客舱内部具有简单几何形状的非承力或次承力结构”等应用部位的理想替代品。 法国的企业代表们之所以如此青睐竹子，是因为它生长迅速，水分少，土壤用量低，且不需要使用肥料或杀虫剂。庞特斯表示，BAMCO复合材料使用的是法国境内种植的竹子，这样做的目的也是为了降低运输过程对生态环境的影响。 联合攻关这样一个项目，主要目的是生产出一种基于生物的复合材料，使得其制造和应用成本均不超过人们想要替换的材料。“为实现这一目标，BAMCO项目中计划将这类基于生物的复合材料与传统的制造工艺结合，这将对扩大其生产规模起到关键作用。”庞特斯表示。 一些轻质飞机制造商以及联合参与这一项目的企业成员丽萨航空集团公司（Lisa Aeronautics）计划将成为该产品的最终用户。庞特斯表示，它的目标是将BAMCO复合材料用于生产飞机的驾驶舱部件等。 “大多数飞机客舱和客舱部件制造商都对BAMCO项目表示了兴趣。这种需求目前已经推动开展了相关研究工作。在目前正在进行的一些研究中，一些研究成果可以作为设计原型部件的基础。”他补充道。 相关的研究还包括确保源自自然界生物的树脂完全符合联邦航空条例25.853关于火灾、烟雾和毒性（FST）要求。计划使用BAMCO复合材料下开发的第一批原型部件将于2019年3月遴选完成，最终产品计划于2021年完成。 （航空工业发展研究中心 陈济桁） |
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