复合材料的回收与再生技术

在工业发达国家，特别是在欧洲，热固性复合材料回收利用技术日益受 人关注。各有关大公司共同投资、联合建厂，政府资助。回收加工厂多 以粉碎和热解法技术为主，已具备一定的规模，技术日趋成熟。其主要 研究方向大致分为两个方面，一是研究非再生热固性复合材料废弃物的 处理新技术；二是开发可再生、可降解的新材料。

热固性聚合物基复合材料目前产量最大，其废品主要有三种来源：生产过 程中的边角料，特别是尚未完全固化的预浸边角料；使用后的废弃物；不 合规格的废品。回收方法有机械回收和化学回收。不管采用那一种回收方 法(如图1所示),固化的热固性复合材料必须首先切碎成可用的块状。一般 开始时将其切成约为5ｃｍ×20ｃｍ的块状,以后是否需进一步切小取决于 最终的用途。采用化学回收法,即高回收过程如下图所示。
加入10％回收填 料 加入15％回收填 料 加入20％回收填 料
Hale Waihona Puke Baidu
良好
1.77
182
1.03
良好
1.74
184
1.00
良好
1.72
181
0.98
良好
1.69
170
0.88
School of Materials Science and Engineering
（2）化学回收
初步粉碎的热固性聚合物基复合材料可以通 过化学方法分解成为气态、液态和固态物质，分 别进行回收。化学方法通常有热裂解法、反相气 化法和催化裂解法等。
School of Materials Science and Engineering
3.复合材料的回收技术
1.热固性聚合物基复合材料的回收
2.热塑性聚合物基复合材料的回收
3.金属基复合材料的回收
School of Materials Science and Engineering
1.热固性聚合物基复合材料的回收
性复合材料废弃物对环境的污染引起人们的广泛关注。热
固性复合材料的废弃物主要来自生产过程中的残次品、边 角料及丧失功能的复合材料制品。显然，热固性复合材料 废弃物品种、产量越多，其废弃物越多 。
School of Materials Science and Engineering
2、复合材料回收现状
复合材料的回收与再生技术
1.复合材料回收与再生的必要性 2.复合材料和塑料制品回收与再生现状 3.复合材料的回收技术 4.复合材料的再生技术
School of Materials Science and Engineering
1、回收与再生的必要性
复合材料以轻质高强，耐腐蚀等优异性能，被广泛应 用于各行各业。然而，伴随复合材料的高强、耐腐蚀性， 也使复合材料的废弃物的处理变得非常棘手。特别是热固
School of Materials Science and Engineering
（1）热裂解法
裂解法可以得到低分子量的烷烃、烯烃和CO、H2 等气体以及类似原油的液体，固体残渣为破碎的纤维、 填料和焦炭。裂解开始需要引入天然气或丙烷作为加 热反应器的原料，一旦有气体裂解即可切换，将产物 改作燃料。 据报道，这种工艺在经济上是可取的，其裂解的 液态产物组分与石油相近但价格较便宜，可作为燃料 使用。固体残留物经过粉碎筛选作为填料使用，其成 本并不比直接机械粉碎高，而且增强效果很好。图8 －1为热解流程示意图。该流程既适用于热固性基体 复合材料，也能用于热塑性基体复合材料。
School of Materials Science and Engineering
图8－1 聚合物基复合材料的回收装置及产物
复合材料废料
气体分配器
气体贮槽
液化石油气 化学品
取暖燃料 化学原料 液化石油气 汽化器燃料 煤油 柴油
School of Materials Science and Engineering
表8－1 粉碎机类型及作用原理
粉碎机类型 粉碎原理
滚筒式压轧机
高速滚压机：气流冲击型－冲击压 碎机空气流分离型－冲击磨碎机 球磨机 喷气磨机：气流冲击型 冲击平板型
压力粉碎
冲击力＋压力粉碎 冲击力＋研磨作用 冲击力＋研磨作用 粉碎粒子间研磨 冲击板冲击＋粒子研磨
School of Materials Science and Engineering
（1）机械回收
机械回收是先把待回收物粉碎成 100mm2 左右的碎片 （化学回收同样需要），然后用不同的机械设备制成粒料 或粉末。这些粒料和粉末可作为复合材料的填料，达到回 收的目的。粉碎机械的类型及作用原理如表 8－1所示。粉 碎得到的粒子粒径不等，一般在 13um-40um ，其中以喷气 磨机较细。回收的复合材料细粒密度比 CaCO3 填料小 30 ％ 左右，是取代CaCO3填料的佳品。实验证明，回收粒子作为 填料，在15％含量以下对复合材料性能影响不大。以SMC碎 粒回填到 SMC原材料中压制出的复合材料的力学性能见表 8 －2。可见添加回收料后力学性能没有明显降低。

据统计，全世界的复合材料的年产量超过 500万吨，其废
弃物达 100万吨，回收利用率为 10％。我国还没有这方面 的统计，但从中国玻璃钢工业协会统计的 2001年我国玻璃 钢／复合材料 45万吨的年产量分析，这个数字也不会小， 而且我国 80％左右的复合材料制品为手糊生产，生产中产 生的废弃物更多，且回收利用率尚属空白。
School of Materials Science and Engineering

目前，我国对热固性复合材料废弃物的处理主要采取填埋和焚烧。填埋 原则上选择在山沟或荒地，也有些单位采取就近掩埋。这种方法造成土 壤的破坏和大量土地的浪费。焚烧一般采用直接燃烧，这种方法比较简 单，不会造成土地浪费，但由于燃烧中产生大量毒气，造成环境污染。 有关我国处理热固性复合材料废弃物的其它方法尚未见文献报道。
切割机
碎石机
剪切力
平面间压力压碎
School of Materials Science and Engineering
表8－2 在SMC原材料中添加回收粒料后的力学性能
材料 未加回收填料 浸渍性能 良好 密度 （g/cm3) 1.8 抗弯强度 （MPa) 187 弯曲模量 （GPa) 1.02
加入5％回收填 料