【正文】 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回收纖維通過熱分解技術回收纖維和基體發(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 通用技術作為工業(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。（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。在很多應用領域，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。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)。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]。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。圖5 硫化技術對纖維和熱量的回收過程[12]為了提高再生纖維的長度和模量，熱分解技術必須在高溫下使樹脂降解或者在300~800℃的無氧環(huán)境下使樹脂解聚。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。丹麥已經(jīng)利用熱解氣化技術（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]。化學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。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]。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。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]。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。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）。又考慮到至少2030年之后都會產(chǎn)生GLARE報廢產(chǎn)品，此時只關注生產(chǎn)過程廢料如何回收。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。例如，纖維增強鋁基層合板與鋁合金相比就可以減重15~30%。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。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[33－35]A300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、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[33，36，37]B77710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)機構聯(lián)合研發(fā)航空級復合材料的回收技術。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。預計到2029年，再生碳纖維的產(chǎn)量將會超過5000萬磅[40]。現(xiàn)在每量汽車中塑料的平均重量為120KG左右，其中復合材料占比大約為20%[43]。圖8 汽車中各種材料的平均使用量（2000年）[]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。雖然相關實驗已經(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構性能損失很小，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。歐洲把此問題的研究重點放在多組分混雜復合材料結構組件和零部件的處理和回收技術上。 的Vestas V82風力發(fā)電機。風力發(fā)電機的關鍵部件葉片及轉(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]。由于風機葉片（含有4060%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。即使這樣，真正要實現(xiàn)經(jīng)濟上可行的熱分解商業(yè)化技術，同樣需要政府出臺相關法令來禁止復合材料填埋甚至是焚燒處理[24]。對任何一項新技術，都要制定全面的壽命周期評估辦法來指導其研究。此外，增強材料與基體的性質(zhì)相同或者相似的情況下，也可以便復合材料更易回收，聚合物復合材料（polymerpolymer posites）就是一個很好的例子，但是開發(fā)聚合物復合材料的系列化產(chǎn)品，并在目前復合材料應用市場中拓展其應用領域還需要很長的路要走。就目前回收技術實際發(fā)展情況而言，除非采用化學方法使樹脂解聚合，否則無法保證再生纖維性能與原生纖維保持一致。 機械回收技術兩個已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化回收生產(chǎn)的企業(yè)分別是德國的ERCOM公司和加拿大的Phoenix Fibreglass 公司[12]，回收過程包括粉碎、研磨、再生材料分類。此類再生纖維也得到水泥/石膏生產(chǎn)企業(yè)的關注，因為用于地面和墻體的聚酯涂料具有高堿性，這時可以通過向水泥和石膏中添加再生纖維來提高其耐堿性。為了避免復合材材料的炭化，RFCL公司的整個生產(chǎn)過程是在有惰性氣體保護的連續(xù)直通爐中進行，樹脂得到了充分的二次燃燒并按照相關法規(guī)對尾氣進行了凈化處理[9]?；瘜W回收不會對再生產(chǎn)品的性能造成損失，再生樹脂完全可以用來生產(chǎn)新的復合材料，如果化學回收技術在環(huán)保和成本這兩個問題能夠得到解決，將具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。這項技術的研發(fā)要從汽車、飛機和風力發(fā)電機這三個已經(jīng)大量使用復合材料的工業(yè)領域開始進行。要解決這個問題可以從兩方面著手：（1）提高再生材料的性能；（2）降低復合材料原材料的使用門檻，更多的使用再生纖維和再生樹脂。自動粉碎工藝技術正在得到不斷發(fā)展，荷蘭蒂爾就利用大眾汽車的自動粉碎技術，新建了采用粉碎技術的回收工廠。圖11 201202050年會不會出現(xiàn)全復合材料汽車目前，金屬和玻璃的回收技術發(fā)展已經(jīng)領先于聚合物和橡膠，全部使用再生金屬（鋼材、銅、鋁）和再生玻璃（車窗、車燈）制造汽車已經(jīng)成為一種可能。但是，更現(xiàn)實點的做法最好還是在再生聚合物中混入原生聚合物再加工成復合材料。 工業(yè)化生產(chǎn)到了2030年將變遷十分高效，生產(chǎn)過程產(chǎn)生的復合材料廢料將少之有少，產(chǎn)品在設計階段就可以考慮如何使用再生纖維進行加工。致謝（略）。突破性的創(chuàng)新設計會形成一個復合材料生產(chǎn)的良性發(fā)展的市場環(huán)境，對于復合材料生產(chǎn)方和使用方來說，原生材料和再生產(chǎn)材料的使用會得到均衡的發(fā)展。在今后這5年時間里，復合材料的回收技術估計不會有太大的發(fā)展，再生纖維的商業(yè)化應用絕大部分仍會停留在對性能要求不高的非結構部件的低端應用領域內(nèi)。在歐洲，每輛汽車中有超過100KG的鋁制零部件是來自于再生鋁（合金）。與汽車工業(yè)不同，航空工業(yè)和風力發(fā)電工業(yè)并沒有相關的垃圾填埋法令。如果不能很好的解決塑料和復合材料的回收問題，輕質(zhì)高強的復合材料就無法得到廣泛的應用。復合材料的設計和加工過程是否考慮了復合材料能否回收這個問題是第二個關鍵因素。 未來的研發(fā)工作需要多學科的支持要實現(xiàn)復合材料技術商業(yè)化這一偉大目標必須結合多學科的相關知識，同時在以后的研究中材料設計人員、材料生產(chǎn)廠商、產(chǎn)品設計和回收廠商的共同努力也是必不可少的。RFCL公司最近還成立了綠色碳纖維有限公司（GCF），主要生產(chǎn)再生短纖維和再生纖維粉末。2008年6月的一篇報導預測，再生聚丙烯團狀模塑料產(chǎn)品可以率先在汽車行業(yè)實現(xiàn)商業(yè)化應用，但具體發(fā)展情況不為人知。但由于再生材料的市場匱乏，無法實現(xiàn)盈利，1996年，ERCOM公司已經(jīng)倒閉，Phoenix Fibreglass 公司也停止了復合材料的回收生產(chǎn)?；瘜W分解技術可以分離出復合材料的各個組分，但其還處于研究階段，無法實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。改性后的顆粒與不同的聚合物相結合可以產(chǎn)生很奇特的復合材料，制造過程中伴隨的材料性能可自由變化的特征，可以對復合材料進行個體化定制。整個材料工業(yè)必須先從兩個層面來考慮復合材料的回收問題：一是對在役復合材料的回收技術研發(fā)；二是開發(fā)更加易于回收的新一代復合材料?？紤]到其具有可回收性，熱塑性塑料（例如聚酯泡沫）是一個很好的選擇，但是僅能用于極小型風機葉片的生產(chǎn)。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）?；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。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%。如果短期內(nèi)無法研發(fā)出高效適用的回收技術，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對無法回避的法律上的回收義務。這也就說明再生材料也許可以在一些非關鍵領域得到更好的推廣應用。目前，復合材料回收技術發(fā)展的最大障礙仍然是缺乏再生材料的最終應用市場。由于許多復合材料應用技術還需進一步驗證，包括復合材料具體特性，制造工藝和連接技術，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]。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]。但是，這種注射模塑產(chǎn)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。波音公司還致力于涂有含鉻底漆碳纖維復合材料的回收技術研究[39]，因為六價鉻是一種有毒物質(zhì)