碳纤维被誉为“黑色黄金”，但全球超过30%的碳纤维最终成了垃圾。基于此，美国田纳西大学的研究团队专利提出一种回收碳纤维增强热塑性非织造布的制备方法。其核心步骤是：先利用声共振混合将回收碳纤维与热塑性纤维均匀混合，再将混合纤维送入梳理机，形成碳纤维增强非织造布。

碳纤维增强热塑性复合材料具有高比强度、轻量化和可回收等优势。但回收碳纤维存在明显问题：

纤维长度短，通常为 3–10 mm，平均约 5 mm；

纤维脆，易在机械混合中进一步断裂；

回收后常呈缠结束状，难以均匀分散；

与热塑性纤维干混时，混合物容易在容器中膨胀，甚至停止混合。

该专利的技术路线可以概括为：

声共振均匀预混 → 干燥 → 梳理取向 → 非织造布 → 压缩成型

需要注意：

梳理解决的是纤维取向问题，声共振解决的是纤维分散均匀性问题。

如果声共振预混不充分，回收碳纤维团聚进入梳理机后，难以获得均匀的纤维网，若回收碳纤维团聚严重，梳理后非织造布的纤维取向和力学性能都会受到影响。

因此，该专利将声共振混合作为梳理前的关键预处理步骤去解决上述问题。对于脆性、短切、易团聚的回收碳纤维而言，声共振技术混合处理无需外在介质添加，仅通过共振与低频声波传导能量，整场无死角宏观尺度到微观纳米级能量精度覆盖，这种混合方式有助于解团聚，同时避免过度机械损伤。

专利研究显示在一到五分钟时间下，回收碳纤维与热塑性纤维便可实现现解团聚和均匀混合。

对终端应用而言，声共振处理的价值并不停留在混合工序本身，而是通过“均匀分散—低损伤—可梳理”的传递链，转化为终端复合材料的性能与成本优势。声共振技术使回收碳纤维在进入梳理前完成解团聚并保持有效纤维长度，梳理后形成沿机器方向取向的纤维网络，使回收碳纤维/热塑性纤维非织造布在弯曲、拉伸和冲击性能上优于湿法成网体系；同时，回收碳纤维的低成本属性与水基声共振的工艺可行性，使该类材料具备进入汽车、交通等大批量终端的条件。终端产品因此可在轻量化、性能一致性、可回收性和成本之间取得更可行的平衡，并为碳纤维废弃物提供从回收到高值化终端制品的闭环路径。

参考文献：US 2024/0392483 A1，《Method for Non-Contact Homogeneous Mixing of Fibers Feedstock for a Carding Process》，University of Tennessee Research Foundation。

整理编译：蜂鸟声共振