复合材料废弃物回收利用技术与发展
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根据废弃物的传热性差、树脂热解时的发热量大和树脂高温熔融、 滴流、粘壁以及纤维和填料粘附炉壁和飞扬、不完全燃烧产生炭黑并附 着炉壁等特点，专门设计加工，是热解回收的核心部分。 • (3) 控制系统
监控热解温度、燃烧率、压力、真空和其他过程。 • (4) 出料系统
三洋电机裂解反应器
五、回收技术发展趋势
行业的支持和大家的共同努力！
➢ 该方法技术难度大，对回收设备要求高，回收 费用较高。
➢ 一般在400～500 ℃以回收热解油为主，在600～700 ℃以回收热解气为主。
➢ 复合材料废弃物中的玻纤在热解的高温下力学性能下 降，进一步研磨后，可与其他固体副产物研磨粉料一 起用作填料。
复合材料废弃物热解产物表
种类 热解气
热解油
固体副产 物
➢ 复合材料废弃物来源: 制造过程产生的废弃物； 使用后退役的产品。
叶片行业的迅速扩大，给回收利用带来新的困难
• 制造过程产生的废弃物量大（约700Kg/片） • 产品重、体积大、强度高，破碎等处理不方便； • 行业快速、迅猛发展，意味着将来将集中退役，大量退
役叶片的处理，对回收利用技术将是一个很大的挑战。
锅炉用供水 浴池 暖房用
三、国内研究应用状况
国内的研究方向主要是： 1、采用物理方法回收利用，在回收填料替代应用
技术以及粉碎设备开发等方面开展了较多研究 和应用推广。 2、对能量回收方法进行应用研究，主要对焚烧炉 的方式、排放物的处理技术及装备开展研究。
• 国内一些研究单位和企业开发了FRP废弃物破碎机，并将 复合材料废弃物粉碎后作为填料用于复合材料波形瓦、 洗面台等产品中。
复合材料废弃物的方法不尽相同，但总的来说， 可以大致分为以下三种路线：
➢化学回收 ➢物理回收 ➢能量回收
复合材料废弃物回收流程
复合材料废弃物
造粒 化学回收
切碎 造粒和研磨 物理回收
能量回收
不管采用那一种回收方法，复合材料废弃物必须首先切 碎成可用的块状。
各种复合材料废弃物回收方法对比
类型 化学回收
➢ 需要回收的风机叶片材料数量预测
（来源：f-kwinf,Hochschule Bremerhaven）
目前国内的主要处理方式
目前，我国对复合材料废弃物的处理仍主要采取
填埋或简单焚烧的处理方法。
➢ 占用土地资源； ➢ 二次污染严重； ➢ 资源未得到充分应用 ➢ 存在潜在的、未知的危险。
二、国外复合材料回收技术
方法 热解
适用范围
包括被污染的 复合材料废弃 物
只适用于未被 物理回收 粉碎 污染的废弃物
回收产物
热解气、热 解油、固体 副产物
粉料
用途
用作燃料和新复合材 料等的填料和其他用 途。
用于新复合材料、填 料、铺路材料等
绝大多数复合 能量回收 焚烧 材料废弃物
热量
发电、热源
2.1 化学回收
➢ 利用化学改性或分解的方法使废弃物成为可以 回收利用的其他物质（如燃气、燃油等）的一 种方法。
➢ 该方法生产成本较低、处理方法简单， 但是废弃物焚 烧过程容易释放出有毒气体，焚烧后的灰分需要填埋， 容易对环境造成二次污染。
➢ 另一个问题是复合材料中有机物的燃点较高，需要用 油、煤等引燃和助燃。
复合材料及烯烃类聚合物的燃烧热量
制品名称 树脂
手糊成型制品 SMC制品 PE PP PS PET
发热量（Kcal/Kg） 7010~ 7360 4690~ 4930 2660~ 2810 10290~11070 10290~11040 9440 ~ 9880 5230 ~ 5470
• 美国GE 将GMT制作的废弃的汽车保险杠经过粉碎机粉碎后与 GMT 新料按20:80的比例掺混再复合成新的片材，其性能无明显 下降。
• 大日本油墨化学工业株式会社以BMC制品的废弃物为对象开发
了新型人行道铺路材料。把废BMC制品的破碎物作为人行道的下 层，再生橡胶作为上层。
2.3 能量回收
➢ 将废弃物通过焚烧等处理，其中的有机物通过燃烧转 化为热能或其它能量方式加以应用的方法。
• 在通用A 级汽车SMC 用料中, 其替代量高达CaCO3 填料 的30 %(混合物的12 %) 时，对加工和力学性能无不良 影响。
含有研磨热解副产物的SMC 性能对比表
力学性能
4 %热解副 8 %热解副 12 %热解副 16 %热解副 纯SMC 材
产物
产物
产物
产物
料
弯曲强度
176
178
180
165
水泥处理技术工艺流程图
该方法显著特点是： ➢ 水泥窑炉燃烧温度为800℃至1500℃，物料在高温区域
的停留时间在一小时左右，实现了难燃烧、难分解的 组份的完全处理； ➢ 复合材料废弃物中有机物转化成能源，无机物转化成 原材料，实现了复合材料废弃物的资源化处置。
结语
无疑 ，复合材料回收利用技术将成为复合 材料叶片制造行业可持续发展的关键！ 回收技术的研究和应用需要
含量 /% 14
14
72
发热量 (燃烧热)
8939 kcal/ Nm3
成分 与天然气接近
用途
供热解以能量，用 作燃料
9240 kcal/ kg
以芳香成分为主， 与重油成分接近。 CaCO3 、玻纤、炭 黑等
进一步分馏、改性， 作燃料
用作SMC、BMC、 塑料等的填料，铺 路材料
• 美国汽车协会和通用公司共同努力, 在1988 年和1989 年 进行了数十吨SMC废弃物热解试验，将复合材料废弃 物在无氧情况下，加热分解成为热解气和热解油，以及 以CaCO3 、玻纤为主的固体副产物。
54
35.215
6.63.3
3.65.6
10 8.2
17 9.5
27 14
48 38
5655
1988 1998 2000 2002 2004 2006 2008
总量 FRSP FRTP CCL
中国复合材料产量增长情况
复合材料废弃物量随之增长、引起行业广泛关注
➢ 伴随着复合材料的飞速发展，复合材料废弃物的数量 不断增加。
他工业基础，综合使用以上方法，充分利用废 弃物特点，同时回收能量、物质，最大程度的 实现废弃物的回收和利用。如水泥窑炉处理技 术等。
水泥窑炉协同处理技术
1料仓 2干燥器 3破碎机 4除尘器 5分析仪 6辅助燃料 7余热锅炉 8预热窑 9 水泥熟料 10产品 A矿渣等 B轮胎碎片废FRP等 C废油等 D炭等 E副产品石膏等
能量回收流程图
能量回收利用方法
热源 燃烧气体
回收方法
1.通过热交换器加 热空气产生热风
2.废热锅炉设备产 生蒸汽
炉体冷却水
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.通过热交换器回 收排气，加热水
直接利用焚烧炉 体的冷却排水
利用形态 热风
蒸汽 电力 温水
温水
用途
硬化炉的热源 暖房用 干燥设备的热源
用蒸汽方式暖房用
蒸汽气轮机发电
锅炉用供水 暖房用
67 1068 1232 203
84
在叶片产品上的应用试验
ReFiber 公司对叶片采用的高温热解回收工艺，其回收的 材料主要用作绝缘材料
高 温 热 解 前 后 的 风 机 叶 片
2.2 物理回收
➢ 将废弃物粉碎或熔融作为材料的原材料使用。 ➢ 生产成本较低、处理方法简单，但是对废弃物的选择
性大、处理量有限度 。 ➢ 作为添加物使用时，由于可能会导致材料性能的降低
综合处理成为回收利用技术的新方向，主要体现 在两方面：
1、在设计和制造的时候，就考虑到废弃物的回收和再利用。 比如：采用热塑性复合材料制造叶片、研究采用竹纤维 增强复合材料、研究采用生物基胶黏剂替代环氧树脂等； 研究新的制造技术，减少制造过程废弃物的排放…….
2、综合各种处理技术、实现资源的充分利用 目前，国外先进的处理技术倾向于利用其
复合材料废弃物在分捡出金属等异物解体后，首先要进行切 割和破碎。该技术主要受废弃物形状的影响，另外，切割玻纤对 刀刃的磨损，废弃物中金属等异物和污染状态等也有不同程度的 影响。
对于风机叶片来说，还需要增加一个步骤，叶片要在现场切 割成大块，以便于运输。
复合材料构件
移动式自动切割装置（日本）
➢破碎设备
178
弯曲模量
11.1
11.7
11.0
10.3
11.0
拉伸强度
缺口Izod 冲击 强度/ N
无缺口冲击强 度/N
粘合实验搭接 切变负载(25 ℃)
/ kg
Loria 指数
71 1058 1138 229
87
71 1121 1335 335 76
79 1015 1335 209
82
70 908 1282 229 84
和成本的提高，所以添加数量和应用领域受到限制。
粉碎法回收粒料尺寸及应用范围
粒子尺寸 > 25 ×25mm
3. 2～9. 5mm
应用领域
建材，如废纸制造的纸板、轻型水泥板、农用地 面覆盖材料和隔音材料等
屋顶沥青、BMC、混凝土等的填料，铺路材料补 强剂、填料等
< 60μm(200 目) SMC、BMC 和热塑性塑料填料等
转轮切割机
过滤网切碎机
4.3 焚烧设备
➢焚烧处理工艺流程图
各种式样的焚烧炉
出灰与进气在同一口， 炉子比较小。
炉床自身回转，投入物 搅拌。
在热介质的流动砂中焚 烧，投入物的程度要细。
可动型的火格子，在保证炉 中焚烧物扩散良好的同时， 灰自动出来。
4.4热分解回收设备
将复合材料废弃物切割、破碎成碎片后, 投入密封的高温分解反应容器中， 以丙烷或热解气加热，进行高温分解。 • (1) 原料处理和喂料系统 • (2) 高温分解反应器
复合材料废弃物 回收利用技术与发展
目录
一、背景 二、复合材料回收利用技术 三、国内研究状况 四、专用装备介绍 五、回收技术发展趋势
一、背景
复合材料应用广泛，产量增长迅速
300
290
250
226
200
179
150 100 50
0.06.1641242
0 1978
140
106
80.5
66.2
65
48
• 北京玻璃钢研究设计院研究了复合材料废弃物作为填料 用于SMC材料中。对粉碎设备、回收填料的处理、添加 量进行了研究。
• 中材科技风电叶片股份有限公司和北京玻璃钢研究设计 院合作研究了焚烧法处理、回收叶片制造过程废弃物。
复合材料焚烧炉及试烧
四、复合材料废弃物的回收专用设备
4. 1 切割、破碎设备
破碎机内刀锯
北玻有限开发剪切式破碎机
层压及缠绕制品破碎产物
4.2 粉碎设备
• 复合材料废弃物粉碎再利用时，可采用精制车床切断 破坏粗粉碎，再用冲击破坏方式的高速旋转微粉碎机 过滤网切碎机微粉碎，然后筛选分开，得到数微米~数 十微米的微粉碎物。
• 其它还有用搅拌磨碎方式的球形切碎机、高速冲击破 坏方式的喷水切碎机、剪断切碎机、或切削方式等的 粉碎方法。
监控热解温度、燃烧率、压力、真空和其他过程。 • (4) 出料系统
三洋电机裂解反应器
五、回收技术发展趋势
行业的支持和大家的共同努力！
➢ 该方法技术难度大，对回收设备要求高，回收 费用较高。
➢ 一般在400～500 ℃以回收热解油为主，在600～700 ℃以回收热解气为主。
➢ 复合材料废弃物中的玻纤在热解的高温下力学性能下 降，进一步研磨后，可与其他固体副产物研磨粉料一 起用作填料。
复合材料废弃物热解产物表
种类 热解气
热解油
固体副产 物
➢ 复合材料废弃物来源: 制造过程产生的废弃物； 使用后退役的产品。
叶片行业的迅速扩大，给回收利用带来新的困难
• 制造过程产生的废弃物量大（约700Kg/片） • 产品重、体积大、强度高，破碎等处理不方便； • 行业快速、迅猛发展，意味着将来将集中退役，大量退
役叶片的处理，对回收利用技术将是一个很大的挑战。
锅炉用供水 浴池 暖房用
三、国内研究应用状况
国内的研究方向主要是： 1、采用物理方法回收利用，在回收填料替代应用
技术以及粉碎设备开发等方面开展了较多研究 和应用推广。 2、对能量回收方法进行应用研究，主要对焚烧炉 的方式、排放物的处理技术及装备开展研究。
• 国内一些研究单位和企业开发了FRP废弃物破碎机，并将 复合材料废弃物粉碎后作为填料用于复合材料波形瓦、 洗面台等产品中。
复合材料废弃物的方法不尽相同，但总的来说， 可以大致分为以下三种路线：
➢化学回收 ➢物理回收 ➢能量回收
复合材料废弃物回收流程
复合材料废弃物
造粒 化学回收
切碎 造粒和研磨 物理回收
能量回收
不管采用那一种回收方法，复合材料废弃物必须首先切 碎成可用的块状。
各种复合材料废弃物回收方法对比
类型 化学回收
➢ 需要回收的风机叶片材料数量预测
（来源：f-kwinf,Hochschule Bremerhaven）
目前国内的主要处理方式
目前，我国对复合材料废弃物的处理仍主要采取
填埋或简单焚烧的处理方法。
➢ 占用土地资源； ➢ 二次污染严重； ➢ 资源未得到充分应用 ➢ 存在潜在的、未知的危险。
二、国外复合材料回收技术
方法 热解
适用范围
包括被污染的 复合材料废弃 物
只适用于未被 物理回收 粉碎 污染的废弃物
回收产物
热解气、热 解油、固体 副产物
粉料
用途
用作燃料和新复合材 料等的填料和其他用 途。
用于新复合材料、填 料、铺路材料等
绝大多数复合 能量回收 焚烧 材料废弃物
热量
发电、热源
2.1 化学回收
➢ 利用化学改性或分解的方法使废弃物成为可以 回收利用的其他物质（如燃气、燃油等）的一 种方法。
➢ 该方法生产成本较低、处理方法简单， 但是废弃物焚 烧过程容易释放出有毒气体，焚烧后的灰分需要填埋， 容易对环境造成二次污染。
➢ 另一个问题是复合材料中有机物的燃点较高，需要用 油、煤等引燃和助燃。
复合材料及烯烃类聚合物的燃烧热量
制品名称 树脂
手糊成型制品 SMC制品 PE PP PS PET
发热量（Kcal/Kg） 7010~ 7360 4690~ 4930 2660~ 2810 10290~11070 10290~11040 9440 ~ 9880 5230 ~ 5470
• 美国GE 将GMT制作的废弃的汽车保险杠经过粉碎机粉碎后与 GMT 新料按20:80的比例掺混再复合成新的片材，其性能无明显 下降。
• 大日本油墨化学工业株式会社以BMC制品的废弃物为对象开发
了新型人行道铺路材料。把废BMC制品的破碎物作为人行道的下 层，再生橡胶作为上层。
2.3 能量回收
➢ 将废弃物通过焚烧等处理，其中的有机物通过燃烧转 化为热能或其它能量方式加以应用的方法。
• 在通用A 级汽车SMC 用料中, 其替代量高达CaCO3 填料 的30 %(混合物的12 %) 时，对加工和力学性能无不良 影响。
含有研磨热解副产物的SMC 性能对比表
力学性能
4 %热解副 8 %热解副 12 %热解副 16 %热解副 纯SMC 材
产物
产物
产物
产物
料
弯曲强度
176
178
180
165
水泥处理技术工艺流程图
该方法显著特点是： ➢ 水泥窑炉燃烧温度为800℃至1500℃，物料在高温区域
的停留时间在一小时左右，实现了难燃烧、难分解的 组份的完全处理； ➢ 复合材料废弃物中有机物转化成能源，无机物转化成 原材料，实现了复合材料废弃物的资源化处置。
结语
无疑 ，复合材料回收利用技术将成为复合 材料叶片制造行业可持续发展的关键！ 回收技术的研究和应用需要
含量 /% 14
14
72
发热量 (燃烧热)
8939 kcal/ Nm3
成分 与天然气接近
用途
供热解以能量，用 作燃料
9240 kcal/ kg
以芳香成分为主， 与重油成分接近。 CaCO3 、玻纤、炭 黑等
进一步分馏、改性， 作燃料
用作SMC、BMC、 塑料等的填料，铺 路材料
• 美国汽车协会和通用公司共同努力, 在1988 年和1989 年 进行了数十吨SMC废弃物热解试验，将复合材料废弃 物在无氧情况下，加热分解成为热解气和热解油，以及 以CaCO3 、玻纤为主的固体副产物。
54
35.215
6.63.3
3.65.6
10 8.2
17 9.5
27 14
48 38
5655
1988 1998 2000 2002 2004 2006 2008
总量 FRSP FRTP CCL
中国复合材料产量增长情况
复合材料废弃物量随之增长、引起行业广泛关注
➢ 伴随着复合材料的飞速发展，复合材料废弃物的数量 不断增加。
他工业基础，综合使用以上方法，充分利用废 弃物特点，同时回收能量、物质，最大程度的 实现废弃物的回收和利用。如水泥窑炉处理技 术等。
水泥窑炉协同处理技术
1料仓 2干燥器 3破碎机 4除尘器 5分析仪 6辅助燃料 7余热锅炉 8预热窑 9 水泥熟料 10产品 A矿渣等 B轮胎碎片废FRP等 C废油等 D炭等 E副产品石膏等
能量回收流程图
能量回收利用方法
热源 燃烧气体
回收方法
1.通过热交换器加 热空气产生热风
2.废热锅炉设备产 生蒸汽
炉体冷却水
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.通过热交换器回 收排气，加热水
直接利用焚烧炉 体的冷却排水
利用形态 热风
蒸汽 电力 温水
温水
用途
硬化炉的热源 暖房用 干燥设备的热源
用蒸汽方式暖房用
蒸汽气轮机发电
锅炉用供水 暖房用
67 1068 1232 203
84
在叶片产品上的应用试验
ReFiber 公司对叶片采用的高温热解回收工艺，其回收的 材料主要用作绝缘材料
高 温 热 解 前 后 的 风 机 叶 片
2.2 物理回收
➢ 将废弃物粉碎或熔融作为材料的原材料使用。 ➢ 生产成本较低、处理方法简单，但是对废弃物的选择
性大、处理量有限度 。 ➢ 作为添加物使用时，由于可能会导致材料性能的降低
综合处理成为回收利用技术的新方向，主要体现 在两方面：
1、在设计和制造的时候，就考虑到废弃物的回收和再利用。 比如：采用热塑性复合材料制造叶片、研究采用竹纤维 增强复合材料、研究采用生物基胶黏剂替代环氧树脂等； 研究新的制造技术，减少制造过程废弃物的排放…….
2、综合各种处理技术、实现资源的充分利用 目前，国外先进的处理技术倾向于利用其
复合材料废弃物在分捡出金属等异物解体后，首先要进行切 割和破碎。该技术主要受废弃物形状的影响，另外，切割玻纤对 刀刃的磨损，废弃物中金属等异物和污染状态等也有不同程度的 影响。
对于风机叶片来说，还需要增加一个步骤，叶片要在现场切 割成大块，以便于运输。
复合材料构件
移动式自动切割装置（日本）
➢破碎设备
178
弯曲模量
11.1
11.7
11.0
10.3
11.0
拉伸强度
缺口Izod 冲击 强度/ N
无缺口冲击强 度/N
粘合实验搭接 切变负载(25 ℃)
/ kg
Loria 指数
71 1058 1138 229
87
71 1121 1335 335 76
79 1015 1335 209
82
70 908 1282 229 84
和成本的提高，所以添加数量和应用领域受到限制。
粉碎法回收粒料尺寸及应用范围
粒子尺寸 > 25 ×25mm
3. 2～9. 5mm
应用领域
建材，如废纸制造的纸板、轻型水泥板、农用地 面覆盖材料和隔音材料等
屋顶沥青、BMC、混凝土等的填料，铺路材料补 强剂、填料等
< 60μm(200 目) SMC、BMC 和热塑性塑料填料等
转轮切割机
过滤网切碎机
4.3 焚烧设备
➢焚烧处理工艺流程图
各种式样的焚烧炉
出灰与进气在同一口， 炉子比较小。
炉床自身回转，投入物 搅拌。
在热介质的流动砂中焚 烧，投入物的程度要细。
可动型的火格子，在保证炉 中焚烧物扩散良好的同时， 灰自动出来。
4.4热分解回收设备
将复合材料废弃物切割、破碎成碎片后, 投入密封的高温分解反应容器中， 以丙烷或热解气加热，进行高温分解。 • (1) 原料处理和喂料系统 • (2) 高温分解反应器
复合材料废弃物 回收利用技术与发展
目录
一、背景 二、复合材料回收利用技术 三、国内研究状况 四、专用装备介绍 五、回收技术发展趋势
一、背景
复合材料应用广泛，产量增长迅速
300
290
250
226
200
179
150 100 50
0.06.1641242
0 1978
140
106
80.5
66.2
65
48
• 北京玻璃钢研究设计院研究了复合材料废弃物作为填料 用于SMC材料中。对粉碎设备、回收填料的处理、添加 量进行了研究。
• 中材科技风电叶片股份有限公司和北京玻璃钢研究设计 院合作研究了焚烧法处理、回收叶片制造过程废弃物。
复合材料焚烧炉及试烧
四、复合材料废弃物的回收专用设备
4. 1 切割、破碎设备
破碎机内刀锯
北玻有限开发剪切式破碎机
层压及缠绕制品破碎产物
4.2 粉碎设备
• 复合材料废弃物粉碎再利用时，可采用精制车床切断 破坏粗粉碎，再用冲击破坏方式的高速旋转微粉碎机 过滤网切碎机微粉碎，然后筛选分开，得到数微米~数 十微米的微粉碎物。
• 其它还有用搅拌磨碎方式的球形切碎机、高速冲击破 坏方式的喷水切碎机、剪断切碎机、或切削方式等的 粉碎方法。