【正文】 禁止復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)不必要太在意復合材料高昂的回收成本。復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)的大量應用。如果到時退役風力發(fā)電機的葉片仍然進行焚燒處理，汽車的復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。可是，復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。但是，再生復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。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。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)。在復合材料回收發(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。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25%的材料粉碎后要進行回收。此外，復合材料航空工業(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。多種回收技術(shù)都會導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，帶來的應用市場的匱乏嚴重的制約了復合材料回收技術(shù)的發(fā)展。復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。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)品的高效率的預分離技術(shù)（物理分離、化學分離和加熱分離）。對于復合材料應用市場的發(fā)展來說，市場對更易回收的復合材料的需求十分迫切，雖然這與工業(yè)應用對復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。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。據(jù)增強塑料網(wǎng)2010年3月30日的報導[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合材料廢料2000噸。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)。 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合材料的回收。歐洲復合材料回收技術(shù)服務(wù)公司目前正在致力于建立一條完整的復合材料回收產(chǎn)業(yè)鏈：從車輛報廢后復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)適用于汽車的復合材料。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。對于復合材料回收商業(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。多數(shù)科研人員認為，只有化學分解技術(shù)才能實現(xiàn)真正意義上的復合材料回收，但一定要將回收過程對環(huán)境的影響控制到最低限度，控制再生增強材料和再生樹脂的生產(chǎn)成本達到市場可接受的水平。大多數(shù)情況下，由于再生增強纖維性能在回收生產(chǎn)中損失不少，其無法再用于同類型復合材料的生產(chǎn)，只能應用于低端復合材料領(lǐng)域。聚合物復合材料已經(jīng)實現(xiàn)了物理性能的定制。相比之下，進一步開發(fā)熱塑性樹脂基復合材料應該會有一定的發(fā)展前景。在役的復合材料面臨的難題是，如何開發(fā)一種低成本、高效率的回收技術(shù)。政府機構(gòu)同時也不希望在強制的情況下，材料回收過程造成比填埋和焚燒更大的環(huán)境負荷。甚至有人還在試用竹纖維用于制造葉片，但要應用于大型葉片的制造還要進行系統(tǒng)性的研究。前文中提到的熱分解技術(shù)可能會是最適合的回收方式，雖然再生玻璃纖維的性能有所下降，不能用于葉片的再生產(chǎn)，但可以用來生產(chǎn)絕熱材料。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)。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]。以德國為例，早在2005年6月便出臺了玻璃纖維增強塑料（GRP）禁止填埋法令[49]。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]。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。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13MW的大規(guī)模發(fā)電廠，風機葉片的重量大約要占到全部發(fā)電機結(jié)構(gòu)重量的4%。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。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。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。此類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。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。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?，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。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。當下最大的障礙就是如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。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1000－1500萬磅的再生碳纖維。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]。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。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。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。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]。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。人們主要考慮到碳纖維復合材料回收產(chǎn)品無法重新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。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。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）。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。渦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。 機械分離技術(shù)低溫－渦電流分離Tempelman[32]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。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。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。Duralcan174。Nishida[26，27]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。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?？紤]這個成本動因，對其進行回收加工就顯得不那么重要。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、Al2O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]。 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。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2－10%[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85－99%的纖維原生性能[5]?；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。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]。圖6 風力發(fā)電機回收圖解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。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。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)境和氧化反應會降低纖維的強度。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，還需要對它們進行分離。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。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。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。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。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。“回收”與“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。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。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?？傊?，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。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。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，加熱和冷卻設(shè)備還需要消耗大量的能源。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]。雖然多數(shù)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