【正文】 本達(dá)到市場可接受的水平。 工業(yè)化前景盡管復(fù)合材料回收在商業(yè)化道路上遇到了包括回收技術(shù)適用性、環(huán)境影響和經(jīng)濟性三方面在內(nèi)的許多障礙，復(fù)合材料回收企業(yè)和復(fù)合材料使用方（如汽車生產(chǎn)商和航空制造業(yè)）仍在持續(xù)不斷的努力。鑒于熱固性復(fù)合材料回收技術(shù)有很多技術(shù)上的難點，下面的討論將更多的涉及熱塑性復(fù)合材料。熱塑性復(fù)合材料的回收至今仍沒有實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，但這并不意味著這些回收技術(shù)是沒有效果的，其商業(yè)化最大的阻礙是再生材料應(yīng)用市場的匱乏和較差的市場贏利能力。對于復(fù)合材料回收商業(yè)化發(fā)展的歷史和前景，Pickering[12]和Pimenta[9]最近都發(fā)表了相關(guān)文章，本文也做了簡要的描述。 機械回收技術(shù)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。ERCOM公司使的是可移動式粉碎機和錘式研磨機，Phoenix Fibreglass 公司則是先將復(fù)合材料進行兩次粉碎，對碎塊進行分類后再研磨。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(fù)合材料的回收生產(chǎn)。再生材料的市場價格相對較低，機械回收的重點多集中在玻璃鋼上面。同時，再生短纖維含有很多雜質(zhì)，要么只能用做填料，要么只能用于生產(chǎn)低端復(fù)合材料。歐洲復(fù)合材料回收技術(shù)服務(wù)公司（ECRC）開發(fā)出了適用于汽車行業(yè)的機械回收技術(shù)。復(fù)合材料行業(yè)的幾個核心技術(shù)人員在2003年組建了歐洲復(fù)合材料回收技術(shù)服務(wù)公司，目的就是要解決歐盟關(guān)于禁止報廢車輛填埋法令帶來的一系列問題[43]。歐洲復(fù)合材料回收技術(shù)服務(wù)公司目前正在致力于建立一條完整的復(fù)合材料回收產(chǎn)業(yè)鏈：從車輛報廢后復(fù)合材料的收集到機械回收生產(chǎn)整個過程的低成本過程控制，到使用再生材料生產(chǎn)適用于汽車的復(fù)合材料。此類再生纖維也得到水泥/石膏生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)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。事實已經(jīng)證明，再生纖維對于熱塑性復(fù)合材料來說是一種具有相當(dāng)技術(shù)優(yōu)勢的填料，可以為復(fù)合材料帶來額外的附加收益。2008年6月的一篇報導(dǎo)預(yù)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(yīng)用，但具體發(fā)展情況不為人知。 熱分解回收技術(shù)相比之下熱分解技術(shù)更適用于碳纖維/玻璃纖維增強樹脂基復(fù)合材料的回收。雖然樹脂可以被回收做作二次燃料和聚合原料，但實現(xiàn)纖維的成功回收才是熱分解技術(shù)發(fā)展的原動力和最終目標(biāo)。樹脂往往只是直接做作熱分解回收生產(chǎn)中的二次燃料，或者分離后用于火力發(fā)電。見諸報導(dǎo)的有三個熱分解技術(shù)商業(yè)化案例[9]：再生碳纖維有限公司（RFCL）、JCMA公司和MITRCF公司。其中，英國的再生碳纖維有限公司是全球第一家實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)再生碳纖維的企業(yè)。為了避免復(fù)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(guān)法規(guī)對尾氣進行了凈化處理[9]。RFCL公司已經(jīng)成功對各種形式的復(fù)合材料進行了回收，為了在不改變增強材料結(jié)構(gòu)形態(tài)情況下直接回收整卷預(yù)浸料，該公司還設(shè)計了大口徑的連續(xù)直通爐。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。據(jù)增強塑料網(wǎng)2010年3月30日的報導(dǎo)[51]，再生碳纖維有限公司（RCF or RCFL）在英國的西米德蘭茲郡建成了世界上第一家可回收連續(xù)碳纖維的工廠，該工廠每年可回收碳纖維復(fù)合材料廢料2000噸。另外，RCF公司還計劃在美國建立第二家回收工廠，并于2010年11月竣工。屆時，在美國收集整理的復(fù)合材料廢料可以在英國進行回收處理。 化學(xué)回收技術(shù) 與機械回收和熱回收技術(shù)相比，化學(xué)回收技術(shù)遠(yuǎn)沒有那么完善，最近才剛剛開展了針對不同溶濟的化學(xué)溶解體系的實驗性研究，其潛在的環(huán)境影響（有害污水的排放、堿性催化劑的使用和處置）還有待解決。但仍值得繼續(xù)在工藝放大上做工作，考慮到超臨界水的環(huán)保特性，使用超臨界水會有更好的發(fā)展前景?；瘜W(xué)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(fù)合材料，如果化學(xué)回收技術(shù)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?。增強材料和基體材料終將可以實現(xiàn)真正意義上的回收，當(dāng)然，樹脂基本要通過三級回收才能用做復(fù)合材料的生產(chǎn)原料。 未來的研發(fā)工作需要多學(xué)科的支持要實現(xiàn)復(fù)合材料技術(shù)商業(yè)化這一偉大目標(biāo)必須結(jié)合多學(xué)科的相關(guān)知識，同時在以后的研究中材料設(shè)計人員、材料生產(chǎn)廠商、產(chǎn)品設(shè)計和回收廠商的共同努力也是必不可少的。對于復(fù)合材料應(yīng)用市場的發(fā)展來說，市場對更易回收的復(fù)合材料的需求十分迫切，雖然這與工業(yè)應(yīng)用對復(fù)合材料特性和性能的較高要求有所矛盾，這就需要一次開創(chuàng)性的技術(shù)革新。所有領(lǐng)域的復(fù)合材料零部件的生產(chǎn)過程都需要進行改進，減少廢品率的同時可以更多的使用再生纖維和填料進行生產(chǎn)。就已經(jīng)討論過的回收技術(shù)而言，無論是機械回收、熱回收還是化學(xué)回收，都需要進一步提高回收效率和再生材料質(zhì)量，減少對環(huán)境的影響并提高其盈利能力。要實現(xiàn)真正意義上的復(fù)合材料回收，需要解決下面三個難題：（1） 復(fù)合材料中基本組分的分離；（2） 終端產(chǎn)品的設(shè)計和制造要考慮到復(fù)合材料的可回收性；（3） 優(yōu)化再生復(fù)合材料的性能。第一個問題的解決重點要放在進一步開發(fā)針對報廢產(chǎn)品的高效率的預(yù)分離技術(shù)（物理分離、化學(xué)分離和加熱分離）。這項技術(shù)的研發(fā)要從汽車、飛機和風(fēng)力發(fā)電機這三個已經(jīng)大量使用復(fù)合材料的工業(yè)領(lǐng)域開始進行。其中，產(chǎn)學(xué)研高度合作的研發(fā)模式非常重要，可以加速這一難題的解決。復(fù)合材料的設(shè)計和加工過程是否考慮了復(fù)合材料能否回收這個問題是第二個關(guān)鍵因素。復(fù)合材料的可回收性所帶來的經(jīng)濟效益自不用提，但這個問題卻沒有得到太多的重視。材料能否可回收是未來材料研發(fā)和產(chǎn)品制造過程中解決的首要任務(wù)，舉例來說，采用化學(xué)性質(zhì)相近的纖維和基體加工的熱塑性復(fù)合材料會大大提高產(chǎn)品的可回收性。復(fù)合材料的最終的目標(biāo)性能與其可回收性是兩個矛盾的問題，未來的發(fā)展需要新的革新理念來解決這一問題。第三個關(guān)鍵因素是再生復(fù)合材料的質(zhì)量問題。多種回收技術(shù)都會導(dǎo)致再生材料性能的損失，其中再生增強纖維性能的降低最為明顯，帶來的應(yīng)用市場的匱乏嚴(yán)重的制約了復(fù)合材料回收技術(shù)的發(fā)展。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(fù)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。5. 前景展望 實現(xiàn)車輛回收最大的障礙來自塑料和復(fù)合材料的回收，大多數(shù)情況下只能進行粉碎處理。如果不能很好的解決塑料和復(fù)合材料的回收問題，輕質(zhì)高強的復(fù)合材料就無法得到廣泛的應(yīng)用。此外，復(fù)合材料航空工業(yè)的用量正在不斷增加，如表2中提到的未來機型——空客A350和波音787。工業(yè)領(lǐng)域的這些發(fā)展趨勢都迫切需要實現(xiàn)真正意義上的復(fù)合材料回收，并不斷推進回收技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。第一代風(fēng)力發(fā)電機即將達(dá)到使用年限，葉片中的玻璃鋼材料（最低限度也要對玻璃纖維進行回收）急需得到回收，這個問題值得相關(guān)政府（出臺相關(guān)法令和刺激性政策）和工業(yè)廠商（制造商、使用者）的關(guān)注。 展望2015離2015年只有5年的時間，我們不能期望到時復(fù)合材料回收的工業(yè)化會有太大的發(fā)展。與2006年80%的材料得到了回收再利用相比，歐盟垃圾填埋法令最新規(guī)定，車輛報廢后85%的材料要得到回收再利用，也可追加10%的材料進行熱量回收，這就意味著占車輛總重量高達(dá)25%的材料粉碎后要進行回收。自動粉碎工藝技術(shù)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(shù)，新建了采用粉碎技術(shù)的回收工廠。但是，占塑料20%的復(fù)合材料的回收問題到2005年能否得到解決仍是一個未知數(shù)。與汽車工業(yè)不同，航空工業(yè)和風(fēng)力發(fā)電工業(yè)并沒有相關(guān)的垃圾填埋法令。在復(fù)合材料回收發(fā)展在期待相關(guān)法令出臺和提高其經(jīng)營能力的同時，回收技術(shù)也在不斷的發(fā)展，特別是在提高再生材料性能和降低回收成本方面取得了很大的進步。隨著退役風(fēng)力發(fā)電機數(shù)量，以及汽車和航空工業(yè)復(fù)合材料用量的不斷增加，這必將引起社會和政府對復(fù)合材料回收技術(shù)商業(yè)化發(fā)展的關(guān)注。2009年12月在“Delft Skyline Debate”會議上提出了到2015年可用再生材料制造汽車的設(shè)想，可基于目前的回收技術(shù)工業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀，這一設(shè)想能否實現(xiàn)還不確定。這不僅僅取決于各種工業(yè)材料的回收技術(shù)，還受到汽車設(shè)計時對材料性能的要求。圖11列舉回收技術(shù)工業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)。圖11 201202050年會不會出現(xiàn)全復(fù)合材料汽車目前，金屬和玻璃的回收技術(shù)發(fā)展已經(jīng)領(lǐng)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。因為金屬和玻璃在回收過程中特性和性能沒有得到破壞，目前有大約45%的鋼材是通過回收廢鋼的方式生產(chǎn)的，幾乎沒有任何一家鋼鐵制造企業(yè)只使用鐵礦石進行生產(chǎn)，電弧爐煉鋼甚至可以100%的使用廢鋼作為原料。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）。再生銅合金材料（每輛汽車10－35KG）也可以滿足汽車零部件的使用要求。至于占汽車總重3%的車窗采用再生玻璃制造已經(jīng)不存在任何技術(shù)問題。而再生塑料和橡膠在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展卻大相徑庭，即使再過5年，也很難取得較大的突破。其中最主要的原因是再生聚合物和橡膠的性能較原生材料有所降低，常用聚合物的回收過程存在的困難也是一個阻礙因素。但是，再生復(fù)合材料可以用于汽車零部件這一點上是毋庸置疑的，如果報廢車輛的熱塑性復(fù)合材料保險杠質(zhì)量狀態(tài)并且可以滿足滿足新車輛的使用要求完好，甚至可以直接再次回收并加工成新的保險杠。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(fù)合材料。不過再生橡膠的性能損失會更加嚴(yán)重，所以通常情況下并不推薦使用再生橡膠用于生產(chǎn)同等級的汽車輪胎。在今后這5年時間里，復(fù)合材料的回收技術(shù)估計不會有太大的發(fā)展，再生纖維的商業(yè)化應(yīng)用絕大部分仍會停留在對性能要求不高的非結(jié)構(gòu)部件的低端應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)?？墒牵瑥?fù)合材料回收再利用的發(fā)展到了2030年、2050年及以后會是什么樣的情況呢。 展望2030年及以后 以2015年為起點再經(jīng)過15年，復(fù)合回收再利用的發(fā)展?fàn)顩r又會是什么樣。我們現(xiàn)在有20年的時間可以不斷開發(fā)復(fù)合材料回收技術(shù)并推進政府加快配套設(shè)施的建立和扶持政策的出臺。單單從能源再生的角度出發(fā)，我們就不能只對高價值的增強材料（碳纖維、玻璃纖維及其它）進行回收，還要回收稀有的有機聚合物基體材料。如果到時退役風(fēng)力發(fā)電機的葉片仍然進行焚燒處理，汽車的復(fù)合材料和塑料零部件像其他工業(yè)廢料一樣進行填埋的話，這種情況真是讓人無法想像。 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(fù)合材料廢料將少之有少，產(chǎn)品在設(shè)計階段就可以考慮如何使用再生纖維進行加工。高昂的回收成本遠(yuǎn)高于再生材料的市場價值，到時政府的扶持政策會涉及所有復(fù)合材料回收領(lǐng)域，這足以擬補企業(yè)的損失。突破性的創(chuàng)新設(shè)計會形成一個復(fù)合材料生產(chǎn)的良性發(fā)展的市場環(huán)境，對于復(fù)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。復(fù)合材料回收再利用技術(shù)的最終的成功會表現(xiàn)在直接推進交各式各樣輕質(zhì)高強復(fù)合材料在交通運輸業(yè)（汽車和航空）和其它市政公用行業(yè)內(nèi)的大量應(yīng)用。再經(jīng)過更長時間的發(fā)展，到2050年新一代具有與基體材料相似化學(xué)性質(zhì)的增強材料的誕生，會完全解決復(fù)合材料異相性和可回收性這一自相矛盾的問題。熱塑性樹脂將大量替代不可再溶的熱固性樹脂。無論是增強材料和基體材料分離技術(shù)（最有可能是采用超臨界水的化學(xué)回收技術(shù)）還是可溶性基體的回收技術(shù)，到時都會非常成熟。禁止復(fù)合材料廢料和報廢產(chǎn)品填埋和焚燒處理的法令以及不斷提高的原生材料的生產(chǎn)成本將使得相關(guān)企業(yè)不必要太在意復(fù)合材料高昂的回收成本。致謝（略）