復合材料回收技術(shù)進展

1、復合材料回收技術(shù)進展摘要：復合材料雖然在汽車、航空航天和再生能源等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用，但是由于復合材料自身固有的異相性，特別是熱固性樹脂基復合材料，致使復合材料沒有得到妥善的回收。廢棄物處理的相關(guān)法規(guī)在當前和以后都會要求將汽車、風力發(fā)電機和飛機等使用的工業(yè)材料在報廢后能夠得到妥善的回收，工業(yè)材料的最終回收再利用可以達到節(jié)省資源和能源的目的。目前多項復合材料回收技術(shù)已相繼研發(fā)出來，其中大多關(guān)注增強材料的回收，但都未完成商業(yè)化生產(chǎn)，主要包括以下三種方法：機械回收、熱回收和化學回收。復合材料回收技術(shù)商業(yè)化最大的阻礙在于再生材料的市場需求匱乏、高昂的回收生產(chǎn)成本以及再生材料性能的降低。為了更好的

2、推進復合材料回收技術(shù)發(fā)展，需要加大回收技術(shù)的創(chuàng)新性研發(fā)力度，研發(fā)發(fā)出更加高效的復合材料分離技術(shù)。通過復合材料設(shè)計、復合材料生產(chǎn)生產(chǎn)、廢棄物管理、新研發(fā)的分離和回收技術(shù)這五方面的共同努力，在不久的將來復合材料的回收就會真正的實現(xiàn)，并進一步開發(fā)出更易回收的復合材料。1、 引言復合材料為設(shè)計工程師們提供了高性能和長壽命的材料，憑借其高強、輕質(zhì)和低維護的優(yōu)點復合材料在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用，為交通運輸工具節(jié)能減排做出的貢獻最為突出。一般來講，復合材料可以分為以下三類：聚合物基復合材料（PMC）、金屬基復合材料（MMC）、陶瓷基復合材料（CMC）。按照增強材料形態(tài)，復合材料又可分為：顆粒增強復合材料、

3、纖維增強復合材料和疊層復合材料。以上兩種復合材料的分類方式見圖1。準確的統(tǒng)計全球復合材料的產(chǎn)量有很大難度，估計2000年的全球產(chǎn)量大約為700萬噸，2006年很有可能便已經(jīng)達到了1000萬噸1。在眾多種類的復合材料中，聚合物基復合材料占居了絕大多數(shù)的市場份額，其中熱固性復合材料就超過了2/3，不過最近幾年熱塑性復合材料的市場占有率正在快速增長。按照增強材料分類類按照基體分類陶瓷基復合材料（CMC）有機基體復合材料（OMC）金屬基復合材料（MMC）聚合物基復合材料（PMC）碳基復合材料（CMC）熱塑性復合材料熱固性復合材料結(jié)構(gòu)復合材料顆粒增強復合材料料纖維增強復合材料料疊層復合材料夾芯復合材料碳

4、纖維復合材料玻璃纖維復合材料圖1 復合材料分類若按產(chǎn)值計算，目前兩個較大的復合材料應用領(lǐng)域分別為汽車工業(yè)（超過30%）和航空工業(yè)（超過20%）。圖2列舉了2000年復合材料產(chǎn)值在不同應用領(lǐng)域的占比。復合材料首先在國防和航空領(lǐng)域得到了應用，當前絕大多數(shù)的戰(zhàn)斗機所使用復合材料的重量比已經(jīng)超過了50%。復合材料最近已經(jīng)成為新一代復合材料飛機的主要材料，例如波音夢幻客機787（復合材料53%）、空客A380（復合材料25%）以及未來的空客A350（復合材料53%）。提高汽車燃油效率的關(guān)鍵手段就是減輕重量，作為復合材料應用最多的領(lǐng)域，復合材料（車身、內(nèi)飾、底盤、引擎蓋和電氣組件）的使用量增長迅猛。此外，

5、在體育休閑、造船、風力發(fā)電和近海油氣田開發(fā)中也得到了廣泛應用。圖3為2000年復合材料在歐洲各國的市場份額分解圖。如圖所示，德國的使用量最大，意大利和法國緊隨其后，這三個國家一共占有歐洲60%的市場份額，與這三個國家強大的汽車和航空航天工業(yè)密不可分。圖2 復合材料在不同領(lǐng)域的應用比例圖3 復合材料在歐洲各國的市場份額工業(yè)材料的回收再利用有助于整個工業(yè)進程的可持續(xù)發(fā)展。目前，金屬、玻璃、熱塑性塑料等眾多工業(yè)材料都得到了很好的回收再利用，而作為特種材料的復合材料卻沒有（包括基體和增強材料）。究其原因，主要是由復合材料的基體和增強材料的異相性造成的，其中熱固性樹脂基復合材料更加難以再循環(huán)利用。當下和

6、以后的廢棄物處理的相關(guān)法規(guī)都要求將報廢車輛中的所使用的工業(yè)材料進行回收再利用?；厥昭h(huán)利用可以節(jié)約復合材料用增強材料和基體的生產(chǎn)資源和能源消耗。礙于技術(shù)和經(jīng)濟可行性兩方面因素，目前主流復合材料回收技術(shù)僅有極少數(shù)實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)。復合材料回收中最基本的問題就是如何將其分解成均勻的顆粒，分離過程一直受到纖維或其它增強材料、基體（尤其是熱固性樹脂基體）或粘合劑的制約。因此，回收過程絕大多數(shù)情況下只能將復合材料轉(zhuǎn)化為熱量，極少能分離出纖維。最近歐盟關(guān)于報廢車輛2、報廢電子電氣設(shè)備3處理的指導性意見的出臺，必將加大復合材料回收技術(shù)的市場需求，并最終實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。各種各樣的復合材料回收技術(shù)在大量的研究過

7、程中應運而生，主要有以下三類技術(shù)：機械回收、熱回收和化學回收，這些技術(shù)都有待于商業(yè)化推廣。機械回收要先將復合材料切碎和造粒，然后再篩分成可再次使用的富纖維和富樹脂顆粒，該方法需要消耗大量能源而且產(chǎn)品性能較低。熱回收則是利用高溫（3001000）分解樹脂，并分離出增強纖維和填料。此方法可以生產(chǎn)出可再次使用的纖維和無機填料，并可將熱裂解、氣化和氧化過程中產(chǎn)生的熱量作為二次能源使用，但熱回收過程也使得纖維和顆粒的性能不同程度的降低?；瘜W回收旨在通過化學解聚分離出纖維并進一步利用溶劑溶解樹脂得到可使用的纖維。由于化學回收缺乏靈活性、生產(chǎn)中產(chǎn)生化學廢料，導致其當前并沒有得到積極的研究。然而，超（近）臨界

8、液體工藝-一種清潔生產(chǎn)工藝，最近卻得到廣泛的關(guān)注并表現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?6。市場需求的匱乏、回收成本的高昂以及產(chǎn)品性能與原生材料相比較低是復合材料回收商業(yè)化的最大阻礙，同樣制約了再生復合材料產(chǎn)品在汽車、航空航天、其它工程和消費領(lǐng)域的應用。環(huán)保政策雖然對材料的回收技術(shù)開發(fā)起到推動作用，但仍需要長期的技術(shù)研發(fā)過程。目前，復合材料回收技術(shù)急需在以下三個方面實現(xiàn)突破性的創(chuàng)新：（1） 研發(fā)易于回收的新型復合材料；（2） 研發(fā)效率更高的分離純化技術(shù)；（3） 研發(fā)可以使用再生纖維的復合材料生產(chǎn)技術(shù)，至少可以部分替代原生纖維。進一步的創(chuàng)新性研究希望能夠在分離和回收技術(shù)方面得到突破并最終實現(xiàn)復合材料的回收，開發(fā)

9、出更多可回收的復合材料。不久的將來不難想象會出現(xiàn)全復合材料汽車，甚至會實現(xiàn)全部用再生材料生產(chǎn)的汽車。2、 復合材料回收工藝概述受到工藝和經(jīng)濟可行性、環(huán)境污染三方面因素的制約，目前僅有極少數(shù)的復合材料回收工業(yè)化的案值。伴隨著不斷增長的市場未來需求和更加嚴格的環(huán)保法規(guī)的陸續(xù)出臺，在過去十多年里有許多復合材料回收技術(shù)相繼研發(fā)成功。Henshaw7，8等對復合材料回收技術(shù)進行了全面的介紹，Pimenta9等對建筑用碳纖維增強樹脂基復合材料的回收技術(shù)和市場進行了展望。最近Goodship10也發(fā)表了一篇論文，對復合材料的回收技術(shù)進行了更為全面的分析。 復合材料手冊已經(jīng)收錄了關(guān)于復合材料回收技術(shù)方面的文章

10、11。Pickering12和Job13的文章針對熱固性復合材料的回收技術(shù)的發(fā)展進行了概述性的分析。由于樹脂基復合材料占有絕大多數(shù)的市場份額，此類復合材料的回收得到了更多的關(guān)注，其中大量的研究是關(guān)于熱固性樹脂與增強纖維的分離技術(shù)。同時，人們也在開發(fā)熱塑性樹脂基和金屬基復合材料的回收技術(shù)14。表1列舉了各種復合材料早期的回收技術(shù)。表1 復合材料回收技術(shù)概述復合材料類別回收技術(shù)技術(shù)特點技術(shù)現(xiàn)狀熱塑性樹脂基復合材料重融重塑法纖維與基體不需要分離還需要在生產(chǎn)過程廢料的回收上開展大量的研究再次研磨后磨壓或注射成型是否已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)還不確定再生材料產(chǎn)品成圓球或薄片回收過程纖維受損，再生纖維性能降低化學回收

11、需要使基體溶解此類研究不多回收過程纖維受損，再生纖維性能降低熱處理通過燃燒或焚化回收熱量此類研究不多或者報導太少熱固性樹脂基復合材料機械回收粉碎研磨精磨有商業(yè)化案例產(chǎn)品為再生纖維和填料ERCOM公司（德國）再生纖維性能降低Phenix Fibreglass公司（加拿大）熱回收通過燃燒或焚化回收熱量有發(fā)展前景通過硫化床熱處理技術(shù)回收纖維通過熱分解技術(shù)回收纖維和基體發(fā)展受困于再生纖維的市場需求化學回收通過化學方式溶解基體研究僅在試驗室階段醇解（超臨界有機溶劑）/水解（超臨界水）有發(fā)展前景可回收得到高性能的纖維，也可能得到樹脂溶劑不易回收，可造成污染金屬基復合材料重熔鑄錠壓鑄生產(chǎn)廢料，可直接重熔鑄錠

12、金屬基復合材料價格遠高于金屬合金和增強材料鑄造生產(chǎn)廢料，直接重熔提純（氬氣中）重點研究金屬基復合材料的回收循環(huán)利用碎片質(zhì)量較差，重熔精煉脫氣提純碎片質(zhì)量非常差，只對材料重熔后分離出增強材料2.1 通用技術(shù)作為工業(yè)材料回收的一般規(guī)律，回收工藝過程中的每個步驟都是環(huán)環(huán)相扣的，任何一個步驟的失敗都將導致整個回收過程的失敗，具體步驟見圖4 ：（1） 將復合材料粉碎成可回收的碎片：作為回收生產(chǎn)使用的原材料，這些碎片可以來自報廢產(chǎn)品和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料。與金屬和其它高分子材料相比，樹脂基復合材料在整個工業(yè)生產(chǎn)過程和報廢產(chǎn)品中占比較少，而其它金屬基、陶瓷基復合材料就更少，汽車和飛機的使用壽命又長達10到5

13、0年之久，這就導致復合材料回收短時間內(nèi)很難產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。（2）收集和運輸：報廢產(chǎn)品的收集和運輸是整個回收過程的關(guān)鍵的第一步，所以首先要建立一套適當并高效的報廢產(chǎn)品和過程廢料的收集和運輸系統(tǒng)。目前，報廢汽車和飛機的收集工作已經(jīng)在有條不紊的進行，這些報廢產(chǎn)品按照體積大小的分類后運到回收工廠。報廢汽車可經(jīng)過簡單的拆解后送到粉碎工廠，但由于報廢飛機的體積龐大則需要在現(xiàn)場先拆卸并分隔成可以運輸?shù)母〉牟考Ｌ岣咝⌒碗娮赢a(chǎn)品和體育休閑產(chǎn)品的收集效率依然是一項目具有挑戰(zhàn)性的工作。（3）后處理-回收：此過程是整個回收工藝鏈的核心步驟，可以根據(jù)復合材料種類的不同，使用機械、高溫或化學回收方式進行。雖然多數(shù)

14、的研究都集中在此階段，但不幸的是，目前可行的技術(shù)手段都難以滿足再生材料性能、環(huán)保法規(guī)和經(jīng)濟效益的要求，仍需要繼續(xù)努力研發(fā)發(fā)更高效的分離技術(shù)。（4）再生材料的市場需求：與其它制約因素相比，回收材料的市場需求匱乏仍是最大的問題。再生材料與原生材料相比要有較高的性能和價格優(yōu)勢才能迅速打開市場，相關(guān)的技術(shù)開發(fā)都在圍繞這個方向在進行。報廢產(chǎn)品過程廢料收集和運輸分離復合材料收集和運輸復合材料回收（機械、熱、化學）再生產(chǎn)品：纖維、填料、基體、燃料可回收復合材料碎片市場推廣圖4 復合材料回收過程2.2 熱塑性復合材料的回收與熱固性復合材料相比，雖然其市場份額小得多，但其具有高韌性，耐化學腐蝕，生產(chǎn)周期短以及易

15、于回收的優(yōu)勢。由于其可以在加熱后重新成型，熱塑性復合材料可以直接再次熔融并澆鑄得到高市場價值的材料8。多數(shù)纖維增強熱固性復合材料回收技術(shù)都要在一開始先將復合材料通過機械手段粉碎成顆粒，但研磨及后續(xù)的生產(chǎn)過程對纖維造成的損傷卻降低了原有纖維的性能15。然而對于熱塑性復合材料回收的相關(guān)研究表明，雖然纖維的拉伸強度和模量有所降低并且表面得到了破壞，但其破壞應變和耐水性卻得到了提高。熱塑性復合材料的回收大都集中在熱塑性塑料和聚合物上，所以在下面不再過多闡述。熱固性復合材料最大的技術(shù)難點在于基體材料的高粘度（比熱塑性基體高500到1000倍）須在高壓條件下才能滲浸增強纖維，這就需要投入昂貴的生產(chǎn)設(shè)備，加

16、熱和冷卻設(shè)備還需要消耗大量的能源。在很多應用領(lǐng)域，與材料本身的性能優(yōu)勢相比，熱固性復合材料在回收循環(huán)利用方面的劣勢更為突出，成為了其在未來市場開發(fā)過程中的一大阻礙。但是新一代熱固性復合材料可以被處理成像水一樣的低粘度液體，這樣就不需要以往那么高的壓力、設(shè)備和能源投入16。如果可以實現(xiàn)熱固性復合材料的澆鑄成型，將帶來其在商業(yè)化應用和市場開拓上面新的一波增長勢頭，不斷增長的市場份額必將使人們更加重視熱固性復合材料回收循環(huán)利用。Otheguy等17人已經(jīng)論證了熱塑性復合材料船支回收的可行性。這艘用于實驗的剛性充氣船RIB（一種具有堅硬外殼的橡膠制船）由玻纖維增強聚丙烯樹脂夾層復合構(gòu)成，夾層材料采用刷

17、有涂料的巴爾杉木。通過熱熔法可以回收得到用于注射模塑生產(chǎn)的顆粒，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品各項指標均較滿意。即使涂料和巴爾杉木的存在對成型產(chǎn)品的強度、斷裂延伸率和沖擊強度有一定的不利影響，但在巴爾杉木含量較低的情況下卻對產(chǎn)品模量和沖擊強度有一定的提高。總之，這種復合顆粒具有的新特性會帶給聚丙烯基注射模塑領(lǐng)域可觀的經(jīng)濟效益。它們可以應用于新一代的汽車生產(chǎn)上，最近滑石粉和玻纖增強聚丙烯就已經(jīng)得到了應用；或者可以在板材和仿木制材料生產(chǎn)中得到應用，而且目前正在考慮木塑復合材料的開發(fā)。2.3 熱固性復合材料的回收人們對以上提到的三種熱固性復合材料的回收技術(shù)都已經(jīng)進行了大量的研究，在未來的工業(yè)化生產(chǎn)中都具有某種程度的

18、商業(yè)化可行性。2.3.1 機械回收機械回收先將待回收物通過低速切割或碾碎成50-100mm的碎片，再用錘磨機或其它高速精研機加工成10mm-50m大小的顆粒，隨后再用旋風分離器將這些顆粒篩分成富纖維部分（粗糙顆粒）和富樹脂部分（細膩顆粒）12。近期有一項研究18，19正在針對再生玻璃纖維替代原生玻璃纖維進行復合材料生產(chǎn)，其研究重點方向是開發(fā)用于汽車部件（團狀和片狀模塑產(chǎn)品）回收的全封閉機械回收設(shè)備。一種可以進行機械回收并分離出纖維級產(chǎn)品的小型空氣分離技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出來，再生玻璃纖維性能可以與原生新玻璃纖維媲美。但通過比較纖維強度和纖維復合材料的拉拔強度研究纖維和樹脂基體間的界面結(jié)合強度，再生玻璃

19、纖維與樹脂的界面結(jié)合強度較差。目前，再生玻璃纖維在不改變原有復合材料生產(chǎn)工藝的情況下生產(chǎn)的復合材料性能可以受到最小程度的影響，但隨著再生玻璃纖維填充量的增多，復合材料的彎曲強度和沖動強度明顯降低。絕大多數(shù)機械回收采用簡單的碾碎和精磨手段，不但消耗大量的能源，而且再生產(chǎn)品的性能較差，只能作為復合材料的增強填料使用。德國的ERCOM公司和加拿大的Phoenix Fibreglass公司已經(jīng)實現(xiàn)了復合材料機械回收的工業(yè)化生產(chǎn)12，在4.2.1中我會進行詳細的介紹。2.3.2 熱回收熱回收會涉及到高溫處理過程，通常包括以下三個過程：（1） 復合材料的焚化和燃燒，此時只對熱量進行回收；（2） 利用回收的

20、熱量對復合材料進行氧化分解，得到纖維和填料；（3） 熱分解：回收得到纖維和燃料。因為燃燒和焚化過程只對熱量進行回收，并沒有涉及到材料回收，即便此時產(chǎn)生的無機殘留物可以用于水泥生產(chǎn)，此過程仍不能成為一項單獨的回收技術(shù)，不過市政固體焚燒爐仍然可以作為單獨的“回收”熱量的設(shè)備?！盎厥铡迸c“回收循環(huán)利用”技術(shù)在一些歐盟關(guān)于回收循環(huán)利用技術(shù)的相關(guān)文件中進行了區(qū)分。因此，熱回收技術(shù)只有以下兩種：燃燒硫化技術(shù)和熱分解硫化技術(shù)，其中后者更有發(fā)展前途。 燃燒硫化技術(shù) 諾丁漢大學的采用燃燒硫化技術(shù)，利用樹脂燃燒產(chǎn)生的熱量回收玻璃纖維和碳纖維。漢堡大學則采用熱分解硫化技術(shù)在回收增強纖維的同時對樹脂降解

21、產(chǎn)生的二次燃料進行回收，此項技術(shù)以后再做單獨介紹。用于回收玻璃纖維和碳纖維而開發(fā)的硫化技術(shù)，可以將復合材料中的有機樹脂用作燃料，并利用廢熱回收系統(tǒng)對燃燒產(chǎn)生的熱量進行回收使用，圖5描述了硫化技術(shù)的工藝流程。首先將25mm大小的復合材料碎片喂入硫化爐沙床，并通入熱氣，聚乙烯樹脂硫化需要在450下進行，環(huán)氧樹脂則需要高達550的反應溫度。此方法可以回收得到表面完好的纖維，平均直徑在6-10mm。450下回收得到的玻璃纖維拉伸強度降低了50%，而經(jīng)過550高溫回收得到的碳纖維的風度僅降低了20%。Pickering在他的文章中對再生玻璃纖維和碳纖維的物理形態(tài)、纖維長度、機械性能等作了詳細的描述。不同

22、于原生纖維的連續(xù)化形態(tài)，通過硫化技術(shù)回收得到的玻璃纖維和碳纖維是一種蓬松的短纖維形態(tài)，其長度最高可到10mm，纖維模量并沒有降低且表面狀態(tài)同原生纖維類似，但拉伸強度卻僅為原來的75%左右。較低的機械性能限制了它們在模塑復合材料中的應用。同時，Pickering表示，硫化回收技術(shù)只有達到年回收復合材料10000噸的情況才能實現(xiàn)真正實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，鑒于碳纖維的高價值，只有碳纖維回收可以實現(xiàn)小規(guī)模生產(chǎn)。雖然再生材料具有一定的市場價值，但其較低的性能和市場價格依然是影響其商業(yè)化進程最大的阻礙。圖5 硫化技術(shù)對纖維和熱量的回收過程熱分解回收技術(shù)為了提高再生纖維的長度和模量，熱分解技術(shù)必

23、須在高溫下使樹脂降解或者在300800的無氧環(huán)境下使樹脂解聚。雖然可以在高達1000的溫度下進行處理，但得到的纖維性能會受到更大程度的破壞。此項技術(shù)可同時應用于高分子材料和樹脂基復合材料的回收。熱分解技術(shù)可以同時對增強纖維和樹脂基體進行回收處理，其中回收樹脂可以得到像油、煤氣和硬質(zhì)焦等小分子產(chǎn)品。熱分解反應溫度和反應時間是影響整個解聚過程和纖維完整度最大的因素，Pickering12、Kamingsky21和Blazo23對此進行過詳細的表述。燃燒回收過程使樹脂氧化產(chǎn)生二氧化碳和水蒸汽，同時產(chǎn)生熱量；與此不同，熱分解回收過程會破壞樹脂的分子鏈結(jié)構(gòu)，從而生成具有更小分子量的有機化合物，例如油、煤

24、氣和硬焦。由于這些小分子量產(chǎn)品有可能作為其它化學反應的原料使用，使得熱分解技術(shù)在回收樹脂基方面具有相當大的優(yōu)勢12。熱分解回收技術(shù)既可以應用于玻璃纖維復合材料，也可以應用于碳纖維復合材料。同樣是基于碳纖維的在市場上的高價值，其碳纖維增強復合材料的回收商業(yè)化更加具有可行性，此項原則同樣適用于其他復合材料回收技術(shù)。熱分解可以在很多設(shè)備中進行，例如固定床反應器、螺旋裂解器、回轉(zhuǎn)爐和硫化床23，其中硫化床和回轉(zhuǎn)爐是最合適的設(shè)備7。熱分解處理會產(chǎn)生多種再生產(chǎn)品，這可能是工業(yè)化生產(chǎn)中需要解決的一個難題。熱分解得到的固體產(chǎn)物通常為纖維、填料和硬質(zhì)焦的混合物，要想得到可以循環(huán)使用的纖維和填料，還需要對它們進行

25、分離。液體產(chǎn)物大都由各種復雜的有機化合物（具有與汽油一樣的高熱容，30-40MJ/kg）組成，有機化合物的種類取決于復合材料的樹脂基體。氣體產(chǎn)物通常是一氧化碳、二氧化碳和碳氫化合物的混合物（熱容相對較低，15-20MJ/kg），這些氣體產(chǎn)物的燃燒可以作為熱分解反應（吸熱反應）的熱源使用。這三種熱分解產(chǎn)物各自所占的比例取決于復合材料類型和熱分解溫度12，通常情況下，固體產(chǎn)物所占質(zhì)量比重最高（50%，甚至可以高于2/3），液體產(chǎn)物占1050%，氣體產(chǎn)物僅占515%。為了獲得完整度好的纖維，實際生產(chǎn)過程中復合材料的熱分解要與燃燒同時進行，這其實是一種熱解和氣化燃燒過程，但是此過程中的高溫環(huán)境和氧化反

26、應會降低纖維的強度。丹麥已經(jīng)利用熱解氣化技術(shù)（纖維再生）回收風力發(fā)電機葉片中的玻璃纖維和過程中產(chǎn)生的熱量24。在發(fā)電機現(xiàn)場，先用液壓剪板機將葉片分割成集裝箱大小的形狀，隨后再運到工廠處理成手掌大小的碎塊。在無氧回轉(zhuǎn)爐500的高溫作用下，葉片中的樹脂基體會熱解生產(chǎn)天然氣，產(chǎn)生的天然氣可以用于發(fā)電或者用于回轉(zhuǎn)爐的加熱。復合材料經(jīng)過一到兩次回轉(zhuǎn)爐熱解處理后就可以得到當中的玻璃纖維，其中含鐵雜質(zhì)可以在生產(chǎn)過程中利用磁力除去。圖6描述了熱解氣化技術(shù)纖維再生的工藝過程。強度較低的再生玻璃纖維不建議再用于生產(chǎn)風機葉片，但可以用于生產(chǎn)絕熱材料。同樣，由于經(jīng)濟原因，熱解氣化技術(shù)也沒有實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，因為將風機葉

27、片直接填埋的成本更低。圖6 風力發(fā)電機回收圖解2.3.3化學回收化學回收利用化學降解或者化學溶解去除纖維周圍的樹脂基體?；瘜W回收在重新得到纖維和填料的同時，還可以使樹脂基體降解生成聚合單體或者用于化工石油行業(yè)的原料?；瘜W溶解根據(jù)溶劑的不同可分為水解、醇解和酸解。水解和醇解通常需要利用高溫高壓達到亞超臨界條件下進行，以提高反應速度和效率。而酸解一般是在標準條件下進行，但反應速度可能會非常慢25。醇解可以使環(huán)氧樹脂降解成單體，重新作為化工原料使用。同時，化學溶解過程還會生成超臨界水和超臨界醇4，5。采用水和醇類化合物作為溶劑不僅僅是因為環(huán)境因素，通過溶液蒸發(fā)或蒸餾可以回收循環(huán)使用溶劑（水和醇）同樣

28、是一個考慮因素?；瘜W溶解技術(shù)可以回收包括玻璃纖維和碳纖維在內(nèi)的很多增強材料，而且對再生纖維性能的破壞很小。雖然在溶解過程中可以加入堿性化合物（如NaOH、KOH）用作催化劑來提高溶解速度和效率，但如何去除再生產(chǎn)品中的堿性催化劑、再生產(chǎn)品（高粘度油類化合物）的純化卻成為了一個難題4。在上個世紀70年代，通用汽車集團對聚氨酯泡沫的醇解回收技術(shù)就已經(jīng)開展了大量的研究7，在高壓蒸汽和高溫（232316）作用下可以利用醇解技術(shù)使聚氨酯泡沫降解生成二元胺、多元醇和CO2。在最近的多項研究中提到4，5，用于碳纖維增強復合材料回收的超臨界條件如下：超臨界水，250400、417MPa；超臨界醇類化合物（甲醇、

29、乙醇、正丙醇和丙酮），300450、517MPa。加入堿性催化劑（如KOH）后，超臨界水可以使樹脂基體的降解率達到90%以上，再生碳纖維的性能只降低了210%4；超臨界醇（350下）則可以將樹脂基體降解率提高到98%，同時保留8599%的纖維原生性能5。但以上這些結(jié)論都是在實驗室通過10ml不銹鋼高壓容器得到的，還需要在更大的反應設(shè)備中進行更多的實驗驗證?；瘜W溶解的回收效率取決于有機樹脂基體的種類，其中提前做好復合材料的分類是化學溶解的關(guān)鍵步。因此，當明確知道復合材料種類的情況下可以使用化學溶解技術(shù)進行回收，而在多種復合材料混雜在一起，機械手段無法對它們進行分類的情況下就無法使用化學溶解技術(shù)。

30、2.4 其它復合材料的回收雖然，樹脂基復合材料占據(jù)著絕大多數(shù)的市場份額，但其它基體的復合材料回收也應當?shù)玫较喈敵潭鹊年P(guān)注。由于陶瓷的特性，陶瓷基復合材料基本上無法被回收，除非在極高的溫度下。而金屬基復合材料和纖維增強金屬層合板的回收就沒有問題，下面就介紹一下這兩種材料的回收技術(shù)。2.4.1 金屬基復合材料的回收金屬基復合材料（MMC），特別是占主導地位的鋁基復合材料的應用領(lǐng)域正在快速增長，并且已在汽車發(fā)動機中得到使用。其中，商業(yè)化的金屬基復合材料主要采用短纖維、晶須、或顆粒（SiC、Al2O3、石墨、硼、碳化硼或碳化鈦）作為增強材料，且增強材料的使用量不超過30%26，27。金屬合金既可以加入

31、顆粒、晶須得到非連續(xù)增強復合材料，也可以加入短纖或長絲得到連續(xù)增強復合材料14。要了解更多關(guān)于金屬基復合材料的內(nèi)容28，可以查閱Miracle的文章，他從金屬基復合材料的原理到生產(chǎn)工藝進行了全面的介紹。金屬基復合材料的市場價格一般來講要比單純的金屬高的多，而且MMC在生產(chǎn)過程可以直接當作金屬使用?？紤]這個成本動因，對其進行回收加工就顯得不那么重要。即使連續(xù)纖維增強鋁基復合材料不能直接當作金屬使用，也只是回收MMC中的鋁（合金），增強材料一般就直接填埋了14。大多數(shù)情況下，非連續(xù)鋁基復合材料（如SiC增強）可以直接進行再次壓鑄成型，得到的產(chǎn)品性能損傷很有限，只有拉伸強度在進行反復熔化后有了一定程

32、度的降低，但可以通過壓鑄MMC和純金屬的混合物來解決這個問題。非連續(xù)鋁基復合材料可以經(jīng)過精煉和脫氣回收得到純鋁，這種方法與連續(xù)增強金屬基復合材料的回收技術(shù)相似14。對于MMC來說，一般只有鋁及其合金可以通過熔化的方法進行回收，殘留的增強材料作為廢料進行填埋。高效的回收分解技術(shù)對于纖維增強金屬基復合材料至關(guān)重要14，回收過程中通常需要加入鹽類（NcCl+KCl）和含氟化合物（Na2SiF6、NaF）的混合物，因為鹽熔化后可以浸潤金屬基體中的陶瓷顆粒27。用于熔化回收金屬基復合材料的設(shè)備有很多種，一般是感應爐、反射爐、膛式爐或筒式旋轉(zhuǎn)爐等設(shè)備，回收得到相對應的金屬鑄錠29?；厥者^程的熔化和精煉工藝

33、與鋁及其合金生產(chǎn)工藝相似。Nishida26，27將鋁基復合材料分解的方法歸納為以下兩種：機械方法和化學方法。機械方法可以擠出復合材料中熔融狀態(tài)的金屬，或者過濾出增強填料?；瘜W方法就是利用上面提到的分解技術(shù)先使金屬熔化，然后再浸潤增強顆粒，并最終達到分離的目的。最近Kamavaram介紹了一種新的回收方法29，此方法使用由1-丁基-3-甲基咪唑氯化物（BMIC）和無水氧化氯配制的電解液對鋁基復合材料進行電解提純。Duralcan®材料（Al-380中含有20%的SiC）中的金屬鋁在103下被陽極溶解后，可以在陰極（銅）上沉積得到純鋁（純度>98%）。電解電流在200500 A/

34、m2之間，電解效率則可達到7090%，但與機械方法等常見的回收方法相比，單位熱量消耗（3.26.7kWh/kg-Al）要高的多。2.4.2 纖維增強金屬層合板的回收纖維增強金屬層合板（FMLs）是由金屬、纖維和樹脂組成的多組分材料，典型的FMLs是交替鋪放金屬薄片和纖維/樹脂預浸料并利用壓機和熱壓罐固化成型。荷蘭代爾夫特理工大學的Vogelsang等人和ALCOA在20世紀80年代率先開發(fā)出芳綸纖維增強鋁基層合板（ARALL），ARALL由鋁片和芳綸/環(huán)氧預浸料組成。1991年發(fā)明了玻璃纖維后30，由玻璃纖維替代芳綸纖維開發(fā)出了玻璃纖維增強金屬層合板（GLARE）。FMLS兼具金屬和復合材料的

35、優(yōu)良特性，非常適合航空航天領(lǐng)域。GLARE已經(jīng)在空客A380的機身上得到了使用，有希望在航空航天領(lǐng)域得到更廣泛的應用。FMLs可以看作為是一種結(jié)構(gòu)復合材料，雖然它的產(chǎn)量很有限且大都集中在航空航天工業(yè)，但生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢料和報廢產(chǎn)品的回收仍然是個不小的問題并應該得到認真對待?？紤]到GLARE的低產(chǎn)量、玻璃纖維的低價格和高昂的回收成本，人們對是否有必要回收GLARE有很多的爭議31。目前尚且可以對FMLs進行直接填埋，但這種方法將來很有可能會被禁止，所以現(xiàn)在著手開發(fā)纖維增強鋁基層合板的回收技術(shù)十分必要。技術(shù)的可行性關(guān)鍵在于，與填埋相比，F(xiàn)MLs的回收過程對環(huán)境造成的影響要更小，尤其是在小規(guī)模生產(chǎn)時

36、。2.4.1 機械分離技術(shù)-低溫渦電流分離Tempelman32首先對玻璃纖維增強鋁基層合板的回收進行了研究，但考慮到玻璃纖維和環(huán)氧樹脂的價格太低，重點放在了鋁合金的回收上。又考慮到至少2030年之后都會產(chǎn)生GLARE報廢產(chǎn)品，此時只關(guān)注生產(chǎn)過程廢料如何回收?；厥珍X合金的第一步是要使層合板分層，Tempelman利用鋁（2.4×10-5/K）和玻璃纖維熱膨脹系數(shù)（0.8×10-5/K）間巨大的差異性，通過一種低溫技術(shù)使鋁片與纖維/樹脂分離。GLARE廢料先在液氮環(huán)境中（-196）通過造粒機低溫分離成10mm大小的碎塊，再對鋁塊和未被分離的GLARE碎塊進行渦電流分離處理。渦

37、電流分離利用復合材料中各組分密度和電導率不同的特點，分離出10mm左右大小的鋁塊。提高分離效率的前提是：低溫-渦電流分離過程不會對最終的分離造成不利影響且不會影響鋁塊的質(zhì)量。但從技術(shù)商業(yè)化的角度來看，低溫回收的成本卻又高于再生鋁的市場價格。 熱分層技術(shù)荷蘭代爾夫特理工大學對比研究了低溫和高溫分離技術(shù)。Templeman利用敞口爐220的高溫使環(huán)氧樹脂熔解分離出的鋁片上帶有固體殘留物，還須進一步的噴沙打磨處理，熱分層也可以通過硫化床進行。代爾夫特理工大學團隊最近的研究表明，熱分層可以在500的空氣環(huán)境下進行，整個反應過程會隨碎塊的大小不同而產(chǎn)生不同的效果。熱分層可以得到比較純凈的玻

38、璃纖維和鋁片，其中玻璃纖維可在性能要求不高的產(chǎn)品中使用，鋁片可通過重熔爐（含有NaCl、KCl和氟鋁酸鈉）提純得到鋁錠。理想的情況下，鋁（合金）可以重新提純并回復至原始性能，作為生產(chǎn)玻璃纖維增強鋁基復合材料的原料。荷蘭代爾夫特理工大學當下的研究重點就是重新提純鋁（合金）。一間綜合回收工廠不僅可以利用環(huán)氧樹脂（10wt.%、32%）燃燒產(chǎn)生的熱量進行熱分層處理，多余的熱量還可以用于鋁片的重熔和提純過程，而且環(huán)氧樹脂在完全燃燒的情況下只產(chǎn)生無污染的CO2和水。3、 航空、汽車和風力發(fā)電工業(yè)的復合材料回收3.1 航空工業(yè)復合材料的回收發(fā)展現(xiàn)狀復合材料結(jié)構(gòu)部件的開發(fā)并應用于軍用飛機已經(jīng)有超過50的歷史

39、，民用飛機這些年在金屬零件和結(jié)構(gòu)件的復合材料化同樣發(fā)展迅速。高比例復合材料化的新一低飛機正準備投入市場，世界上最知名的飛機制造商歐洲空客和美國波音公司已經(jīng)將復合材料從原來的飛機表面和次結(jié)構(gòu)部件逐漸應用到了主結(jié)構(gòu)部件上。飛機復合材料化的推動力主要來自各大航空公司節(jié)約燃油成本的需要，這就要在飛機中使用更加輕質(zhì)高強的復合材料。例如，纖維增強鋁基層合板與鋁合金相比就可以減重1530%。圖7中描述了這些年民用飛機中復合材料的發(fā)展趨勢33?？湛虯380和未來的A350已經(jīng)打破了20%的復合材料使用量上限，表2列舉出了空客和波音公司各機型中復合材料的應用發(fā)展趨勢。人們主要考慮到碳纖維復合材料回收產(chǎn)品無法重新

40、再用于復合材料的生產(chǎn)，而且每年會產(chǎn)生大量的復合材料生產(chǎn)廢料，所以一般情況下碳纖維復合材料生產(chǎn)過程廢料都直接進行填埋?？紤]到各種經(jīng)濟因素的原因，飛機退役后大都被遺棄在沙漠中，此時飛機的擁有者還沒有意思到這些機身材料潛在的市場價值。碳纖維價格最高可達50美元/磅，碳纖維回收循環(huán)利用將會帶來不錯的經(jīng)濟效益。飛機的擁有者將退役的飛機直接丟棄在沙漠里，是因為他們只看到了報廢飛機的賬面價值。退役飛機即使隨著閑置過久不再適合繼續(xù)飛行，但此時它仍具有幾百萬的賬面價值，一旦將退役飛機進行粉碎回收反而要損失最高75%的賬面價值。但是波音公司認為飛機的回收循環(huán)利用不僅會帶來經(jīng)濟效益，而且不會對環(huán)境造成破壞。波音公司

41、計劃到2012年飛機的回收利用率能夠達到9095%，再生材料可以直接用于高價值產(chǎn)品的商業(yè)化生產(chǎn)37。在過去的幾十年里，波音和空客公司都 在致力于碳纖維的回收技術(shù)的研究。圖7 復合材料在商業(yè)航空和通用航空領(lǐng)域的發(fā)展趨勢EPSRC（英國工程和物理科學研究委員會）的報告綜合性的介紹了飛機報廢后如何進行復合材料的回收36。下面我還會提到提到的AFRA（飛機回收協(xié)會）和PAMELA公司在這方面做出的努力。3.1.1 波音公司2006年，波音公司37，38聯(lián)合其它10家航空飛機制造商成立了飛行回收協(xié)會（AFRA），一致承諾不斷完善退役飛機的管理工作38。AFRA成立的目標包括解決退役飛機處理對環(huán)境的影響，

42、持續(xù)研發(fā)飛機的回收技術(shù)并與其它廠商做到技術(shù)共享。AFRA要使人們意識到飛機退役和報廢是兩個不同的觀念，通過不斷改進使回收技術(shù)可以得到可持續(xù)發(fā)展，并利用回收報廢飛機的再生材料重新加工組裝成新的飛機。表2 波音和空客飛機中復合材料使用情況飛機型號復合材料用量（wt.%）主要的復合材料部件空客公司3335A3004.5方向舵、雷達天線罩A3106垂直尾翼、空氣制動器、擾流板、電梯A32010全部尾翼、整流罩、前后緣、底部艙門等A34013水平尾翼、后壓力艙壁、龍骨、機翼固定式前緣A38025玻纖增強金屬基層合板：前整流罩、機身外殼頂部、頂板和側(cè)板；碳纖/玻纖增強樹脂基復合材料：機翼、機身、垂尾表層、

43、框架、艙門；蜂窩板：機腹整流罩A35053碳纖維復合材料機翼、機身、外殼、框架、龍骨、全部垂直和水平尾翼波音公司33，36，37B77710全復合材料尾翼（包括水平和垂直尾翼、方向舵）、整流罩、地板、機翼后緣表層以及起落架艙門B78750全復合材料的機身、翼盒、發(fā)動機風扇葉片和外殼在過去的幾十年里，波音公司一直在與第三方研發(fā)機構(gòu)聯(lián)合研發(fā)航空級復合材料的回收技術(shù)。最近波音公司對777和787的主體復合材料進行了回收實驗，對比研究了再生纖維的強度及其與基體的粘結(jié)性能，認為再生纖維極有可能被用于高端工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括電子產(chǎn)品的無線電屏蔽外殼和高端汽車的復合材料部件。波音公司還致力于涂有含鉻底漆碳纖

44、維復合材料的回收技術(shù)研究39，因為六價鉻是一種有毒物質(zhì)，如果能夠分離出鉻而不是直接將含鉻的材料直接進行填埋，會使得此項回收技術(shù)具有極大的吸收力。波音公司已經(jīng)著手進行了民用和軍用飛機上非結(jié)構(gòu)復合材料的回收技術(shù)研究，研究指出再生纖維替代原生纖維可以用于生產(chǎn)多種高端工業(yè)產(chǎn)品，同時可以節(jié)約生產(chǎn)成本并減少CO2的排放。波音公司估計，原生碳纖維的生產(chǎn)成本為1530美元/磅，能量消耗為2575 kWH/lb；再生碳纖維的生產(chǎn)成本為812美元/磅，能量消耗為1.34.5 kWH/lb，碳纖維的回收總成本為原生纖維生產(chǎn)總成本的70%左右37。經(jīng)過材料創(chuàng)新技術(shù)公司（MIT）、再生碳纖維有限公司（RCF）（）聯(lián)合波

45、音公司及其材料供應商的共同努力，已經(jīng)實現(xiàn)了高價值碳纖維的回收循環(huán)利用。這兩家公司都采用熱分解技術(shù)，此技術(shù)是利用樹脂（快）和碳纖維（慢）氧化速度的差異性使纖維和樹脂分離。目前已開發(fā)出使用再生碳纖維和原生熱塑性樹脂的注射模塑產(chǎn)品，整個生產(chǎn)過程中，使航空碳纖維預浸料邊角料和報廢復合材料儀表盤作為原材料，同時混入熱塑性樹脂。通過MIT的工藝生產(chǎn)的再生碳纖維性能與填充級碳纖維相當甚至更好，完成可以滿足目前復合材料生產(chǎn)的需要。而RCF公司使用其再生產(chǎn)碳纖維生產(chǎn)的注射模塑產(chǎn)品性能在除了模量外的其它性能都有明顯的下降，性能的損失可能來自熱裂分解過程對纖維的影響，或者來自原料混合和注塑過程。但是，這種注射模塑產(chǎn)

46、品性能仍然要好于原生樹脂，產(chǎn)品的剛性較原生碳纖維還有所改善。這可能是因為熱分解過程并沒有破壞高模量航空碳纖維的性能40。波音公司希望生產(chǎn)出可以投入熱塑性復合材料生產(chǎn)的再生碳纖維，這樣就能夠緩解處理報廢碳纖維材料的迫切壓力，并可擺脫原生碳纖維材料的市場制約。3.1.2 空客公司空客公司在2005年就成立了“PAMELA” 項目組（退役飛機高級管理項目），目標是在未來幾年內(nèi)可以將飛機中可回收材料的比例從目前的7075%提高到90%41?？湛凸静捎门c波音公司相同的熱分解回收技術(shù)并努力擴大生產(chǎn)規(guī)模，目的使新一代飛機中的大量復合材料可以得到最好的循環(huán)利用。通過對現(xiàn)有退役飛機主/次結(jié)構(gòu)復合材料進行熱分解

47、回收，整個航空工業(yè)短期內(nèi)就可以從過程廢料和退役飛機中回收得到10001500萬磅的再生碳纖維。預計到2029年，再生碳纖維的產(chǎn)量將會超過5000萬磅40。要回收如此大量的復合材料將面臨一個很大的問題：待回收材料的多樣性，如預浸料、其它邊角料和報廢材料等在性質(zhì)在的巨大差異；高模量的航空復合材料與其它模量的復合材料也要同時進行回收，而且還要確保不同的待回收材料得到的再生材料在性能上的一致性。RCF公司對航空飛機和一級方程式賽車中的高模量碳纖維進行回收，再生產(chǎn)品的模量過高往往不適合一般工業(yè)領(lǐng)域使用，這反而要求其在實際回收過程中混入一般的復合材料廢料以生產(chǎn)出性能穩(wěn)定一致的產(chǎn)品39。當下最大的障礙就是如

48、何打開再生材料的應用市場，為了比較再生碳纖維與其它材料，或者碳纖維回收與直接填埋處理上在環(huán)保、經(jīng)濟和技術(shù)層面具有的優(yōu)勢，必須設(shè)計出適用于再生材料的壽命周期分析方法。首先要明確再生材料的潛在市場及價格，根據(jù)再生碳纖維性能的不同制定不同的價格，這個過程一般會很長42。3.2 汽車工業(yè)復合材料回收發(fā)展現(xiàn)狀汽車工業(yè)是目前應用復合材料最大的領(lǐng)域之一，新一代汽車中復合材料用量處于穩(wěn)步增長。復合材料的使用已經(jīng)為普通車輛減重200KG以上，在將來重量減輕幅度會更大。汽車減重可以有效的提高燃油效率，以歐洲年產(chǎn)1700萬輛汽車計算，這將對環(huán)保和節(jié)能帶來巨大的幫助?，F(xiàn)在每量汽車中塑料的平均重量為120KG左右，其中

49、復合材料占比大約為20%43。結(jié)構(gòu)復合材料在汽車工業(yè)的應用開始于20世紀50年代，應用之初，復合材料輕質(zhì)、抗疲勞、易于注塑成型的特點就使得其作為替代金屬材料使用具有相當大的吸收力。由于許多復合材料應用技術(shù)還需進一步驗證，包括復合材料具體特性，制造工藝和連接技術(shù)，所以當時汽車金屬部件并沒有實現(xiàn)大規(guī)模的復合材料化44?，F(xiàn)在，樹脂基復合材料在汽車中的應用完全可以與金屬材料相抗衡。家用轎車中使用的金屬材料以鋼、鋁、鎂、銅為主，全部金屬件的重量超過了整車的3/445（見圖8），塑料占了大約9%，但其中復合材料的使用十分有限。雖然在眾多工業(yè)領(lǐng)域中，汽車工業(yè)的復合材料用量最大，但與航空工業(yè)使用的高性能復合材

50、料相比，汽車使用的復合材料相對比較便宜。另外，復合材料在單輛家用轎車中的用量也很少。制造商通常在車頭、后備箱蓋、側(cè)門和座椅中使用結(jié)構(gòu)復合材料46，圖9和圖10分別列舉了汽車中熱固性復合材料使用量及其在不同部位的使用量。圖8 汽車中各種材料的平均使用量（2000年）.uk/resources/InformationSheets/vehicle.htm圖9 復合材料應用情況（2007年）46圖10 汽車廠商的復合材料應用情況（2007年）報廢車輛中塑料的回收不是一件簡單的工作，塑料首先要通過自動粉碎機（ASR）進行粉碎，而從報廢車輛中分解出可回收的

51、塑料需要大量人力，并且費用較大，所以只對很少部分塑料部件進行了回收，如保險杠、儀表盤、電池盒等?？上攵?，報廢車輛中復合材料的回收將更加困難，因此目前的復合材料都隨報廢車輛一起被填埋或焚燒處理了。目前，復合材料回收技術(shù)發(fā)展的最大障礙仍然是缺乏再生材料的最終應用市場。再生材料的生產(chǎn)成本（如增強纖維、填料的精磨等），與原生材料相比還是相當?shù)母?，再生材料的性能卻較低高。所以，當下的汽車復合材料都沒有大量使用再生材料44。為了解決以上這些問題，人們開發(fā)出了“自增強”復合材料。很多天然增強材料（如亞麻纖維、大麻纖維、椰棕絲、蕉麻、玄武巖纖維、動物毛發(fā)、羽毛等）在裝飾和半結(jié)構(gòu)性復合材料中也得到了應用。此類

52、材料還需要做大量的研發(fā)工作，尤其是纖維增強復合材料的研發(fā)，但它們卻給復合材料回收的帶來的很大的發(fā)展前景。雖然相關(guān)實驗已經(jīng)表明短纖維增強熱固性復合材料經(jīng)過多次粉碎和再熔后結(jié)構(gòu)性能損失很小，但再生復合材料在使用過程中性能的損失遠高于原生復合材料。因此，復合材料生產(chǎn)中只能加入1020%的再生材料44。這也就說明再生材料也許可以在一些非關(guān)鍵領(lǐng)域得到更好的推廣應用。首先要注意到，增強材料和樹脂（包括熱固性和熱塑性樹脂）在產(chǎn)品使用過程和回收過程中都有所損失，所以要生產(chǎn)新的汽車部件都要在再生復合材料（如纖維增強熱塑性復合材料）或再生纖維滲入足夠多的原生材料，否則將無法滿足使用條件。Mangino等人44重點

53、說明了整個回收工藝流程設(shè)計的重要性，在待回收材料的分類和分離工藝的設(shè)計上要下很大工夫。待回收材料及其組分要按以下三個條件進行分類：能否直接重復使用、能否燃燒產(chǎn)生熱量、能否回收循環(huán)利用。相應的拆解方法和回收技術(shù)都有待完善。多組分混雜復合材料在汽車中的應用正在不斷增長，但此類材料的回收仍然沒有得到解決，目前主流的方法是對復合材料進行粉碎或拆解。歐洲把此問題的研究重點放在多組分混雜復合材料結(jié)構(gòu)組件和零部件的處理和回收技術(shù)上。聯(lián)合其他受到同樣問題困擾的企業(yè)共同研發(fā)新的回收技術(shù)和工藝是完全有必要的44。如果短期內(nèi)無法研發(fā)出高效適用的回收技術(shù)，那些為了提高燃油效率而使用高強輕質(zhì)的復合材料的汽車廠商無疑將面

54、對無法回避的法律上的回收義務。大力研發(fā)復合材料自動粉碎回收技術(shù)并開發(fā)再生復合材料的潛在應用市場，使之足以消化回收的生產(chǎn)成本，這是目前汽車工業(yè)急需要解決的兩個關(guān)鍵問題。加速熱固性復合材料向熱塑性復合材料的轉(zhuǎn)化將會更快的促進復合材料回收技術(shù)發(fā)展和市場開發(fā)。3.3 風力發(fā)電機葉片回收發(fā)展現(xiàn)狀3.3.1 風力發(fā)電機中使用的復合材料及其面臨的回收問題風力發(fā)電最現(xiàn)實可行的綠色能源之一，在過去十年里全球風力發(fā)電總量已經(jīng)累計增長了超過30%。截止2008年全球風電裝機問題已經(jīng)達到了120GW，其中當年裝機容量就超過了27GW47。風力發(fā)電機通常都是采用丹麥的3葉片旋轉(zhuǎn)設(shè)計，在1-3MW的大規(guī)模發(fā)電廠，風機葉片

55、的重量大約要占到全部發(fā)電機結(jié)構(gòu)重量的4%。對于1.65MW 的Vestas V82風力發(fā)電機，全部結(jié)構(gòu)重量為1061.2噸，其中葉片重量為42.2噸。葉片中含有16.8噸的玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料（以下簡稱玻璃鋼），占了整個葉片重量的差不多40%48。幾乎所有的風機葉片都由玻璃鋼組成，其中玻璃纖維含量為60%。預浸料在剪裁過程會產(chǎn)生10%邊角廢料，使得葉片在制造過程便產(chǎn)生了大量的過程廢料。Papadakis公司48估計每年將產(chǎn)生1200噸沒有回收的制造過程廢料。此外，退役風力發(fā)電機的數(shù)量之多也是一個嚴重的問題。以40米葉片的1.65GW發(fā)電機為例，其使用的復合材料就達到了18.6噸?；陲L

56、力發(fā)電機20年的使用壽命計算，整個風力發(fā)電行業(yè)20年后產(chǎn)生復合材料廢料將超過100萬噸。假定風電裝機量的增長率較為緩和，在2008至2028的未來20年里退役發(fā)電機產(chǎn)生的復合材料廢料每年也將達到30萬噸48。風力發(fā)電機的關(guān)鍵部件-葉片及轉(zhuǎn)子的制造嚴重的依賴于熱固性復合材料，過程廢料和退役發(fā)電機的回收處理正成為一個非常緊迫的全球性問題，目前仍沒有成功的風力發(fā)電機回收應用的商業(yè)案例48。3.3.2 當前的工業(yè)化處理方式目前有三種可行的風機葉片處理方式：填埋、焚燒和回收24?；跉W盟垃圾掩埋法令，第一種方式已經(jīng)被歐盟國家所禁用。以德國為例，早在2005年6月便出臺了玻璃纖維增強塑料（GRP）禁止填埋

57、法令49。目前，最常用可行的方式是焚燒處理，焚燒產(chǎn)生的熱量可以被熱電廠用來發(fā)電，同時也可被熱力公司用來供暖。然而，由于復合材料中含有較多的無機材料，焚燒將產(chǎn)生60%的復合材料殘渣。要解決這些殘渣的潛在污染問題，要么填埋，要么再進一步回收得到再生材料。當中的無機材料在焚燒過程中還會產(chǎn)生有害的煙塵，這些煙塵中的玻璃短纖還會損壞煙塵凈化裝置24，48。由于風機葉片（含有40-60%的玻璃纖維）有限的熱電轉(zhuǎn)化效率和低發(fā)熱值（15MJ/Kg），焚燒處理方式不會有太好的發(fā)展景。即便如此，持續(xù)研發(fā)相應的技術(shù)使得焚燒殘渣（玻璃纖維）能夠作為絕緣材料和水泥窯爐的原材料使用還是有必要的。第三種葉片處理方式也是最佳的方式：材料回收、或者二次使用（例如可以開發(fā)發(fā)展中國家的二手風機市場）。但是由于再生玻璃纖維的市場價格較低且回收成本太高，目前幾乎沒有可行的風機葉片回收技術(shù)。機械回收技術(shù)更多的適用于片狀模塑復合材料和團狀模塑復合材料的回收，但風機葉片采用的是疊層復合材料，適用