【正文】 致謝（略）。無論是增強材料和基體材料分離技術（最有可能是采用超臨界水的化學回收技術）還是可溶性基體的回收技術，到時都會非常成熟。再經過更長時間的發(fā)展，到2050年新一代具有與基體材料相似化學性質的增強材料的誕生，會完全解決復合材料異相性和可回收性這一自相矛盾的問題。突破性的創(chuàng)新設計會形成一個復合材料生產的良性發(fā)展的市場環(huán)境，對于復合材料生產方和使用方來說，原生材料和再生產材料的使用會得到均衡的發(fā)展。 工業(yè)化生產到了2030年將變遷十分高效，生產過程產生的復合材料廢料將少之有少，產品在設計階段就可以考慮如何使用再生纖維進行加工。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。 展望2030年及以后 以2015年為起點再經過15年，復合回收再利用的發(fā)展狀況又會是什么樣。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。但是，更現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。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。至于占汽車總重3%的車窗采用再生玻璃制造已經不存在任何技術問題。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）。圖11 201202050年會不會出現全復合材料汽車目前，金屬和玻璃的回收技術發(fā)展已經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）制造汽車已經成為一種可能。這不僅僅取決于各種工業(yè)材料的回收技術，還受到汽車設計時對材料性能的要求。隨著退役風力發(fā)電機數量，以及汽車和航空工業(yè)復合材料用量的不斷增加，這必將引起社會和政府對復合材料回收技術商業(yè)化發(fā)展的關注。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。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。 展望2015離2015年只有5年的時間，我們不能期望到時復合材料回收的工業(yè)化會有太大的發(fā)展。工業(yè)領域的這些發(fā)展趨勢都迫切需要實現真正意義上的復合材料回收，并不斷推進回收技術的應用發(fā)展。如果不能很好的解決塑料和復合材料的回收問題，輕質高強的復合材料就無法得到廣泛的應用。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。第三個關鍵因素是再生復合材料的質量問題。材料能否可回收是未來材料研發(fā)和產品制造過程中解決的首要任務，舉例來說，采用化學性質相近的纖維和基體加工的熱塑性復合材料會大大提高產品的可回收性。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。這項技術的研發(fā)要從汽車、飛機和風力發(fā)電機這三個已經大量使用復合材料的工業(yè)領域開始進行。要實現真正意義上的復合材料回收，需要解決下面三個難題：（1） 復合材料中基本組分的分離；（2） 終端產品的設計和制造要考慮到復合材料的可回收性；（3） 優(yōu)化再生復合材料的性能。所有領域的復合材料零部件的生產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。 未來的研發(fā)工作需要多學科的支持要實現復合材料技術商業(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、材料生產廠商、產品設計和回收廠商的共同努力也是必不可少的?；瘜W回收不會對再生產品的性能造成損失，再生樹脂完全可以用來生產新的復合材料，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Α?化學回收技術 與機械回收和熱回收技術相比，化學回收技術遠沒有那么完善，最近才剛剛開展了針對不同溶濟的化學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。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。RFCL公司最近還成立了綠色碳纖維有限公司（GCF），主要生產再生短纖維和再生纖維粉末。為了避免復合材材料的炭化，RFCL公司的整個生產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]。見諸報導的有三個熱分解技術商業(yè)化案例[9]：再生碳纖維有限公司（RFCL）、JCMA公司和MITRCF公司。雖然樹脂可以被回收做作二次燃料和聚合原料，但實現纖維的成功回收才是熱分解技術發(fā)展的原動力和最終目標。2008年6月的一篇報導預測，再生聚丙烯團狀模塑料產品可以率先在汽車行業(yè)實現商業(yè)化應用，但具體發(fā)展情況不為人知。此類再生纖維也得到水泥/石膏生產企業(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。復合材料行業(yè)的幾個核心技術人員在2003年組建了歐洲復合材料回收技術服務公司，目的就是要解決歐盟關于禁止報廢車輛填埋法令帶來的一系列問題[43]。同時，再生短纖維含有很多雜質，要么只能用做填料，要么只能用于生產低端復合材料。但由于再生材料的市場匱乏，無法實現盈利，1996年，ERCOM公司已經倒閉，Phoenix Fibreglass 公司也停止了復合材料的回收生產。 機械回收技術兩個已經實現工業(yè)化回收生產的企業(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。熱塑性復合材料的回收至今仍沒有實現商業(yè)化生產，但這并不意味著這些回收技術是沒有效果的，其商業(yè)化最大的阻礙是再生材料應用市場的匱乏和較差的市場贏利能力。 工業(yè)化前景盡管復合材料回收在商業(yè)化道路上遇到了包括回收技術適用性、環(huán)境影響和經濟性三方面在內的許多障礙，復合材料回收企業(yè)和復合材料使用方（如汽車生產商和航空制造業(yè)）仍在持續(xù)不斷的努力?；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，無法實現商業(yè)化生產。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。對于大多數熱固性樹脂基復合材料來說，不可能再次直接用于復合材料生產，因此只有對其組分，如增強纖維、填料、樹脂等進行回收，得到的再生材料才可以用于復合材料的生產。由于其本身存在的多相性，復合材料回收技術的設計和回收生產迄今為止仍是一件非常困難并具有挑戰(zhàn)性的工作。改性后的顆粒與不同的聚合物相結合可以產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。此外，增強材料與基體的性質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。新一代更易回收的復合材料的開發(fā)同樣是材料科學家、制造商和材料應用行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。要實現這一目標，在商業(yè)化道路上有很多障礙：（1） 有效的回收技術，包括纖維、填料和基體的回收；（2） 材料回收工業(yè)的規(guī)模要與待回收的復合材料廢料數量相匹配；（3） 再生材料在當前復合材料應用中要具有適用性；（4） 禁止垃圾填埋和焚燒處理法令的出臺；（5） 回收生產成本及其將造成的環(huán)境負荷控制在可以接受的程度；（6） 要確保復合材料回收工業(yè)的盈利能力和可持續(xù)發(fā)展。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。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。屆時，所有的退役飛機、報廢車輛及其粉碎殘余物、退役風力發(fā)電機都不得不尋找一種切實可行且不破壞環(huán)境的處理方法。很明顯，當下玻璃鋼風機葉片的回收是一個很緊迫的問題，這將有力的推動新一代的替代材料的開發(fā)[24]?？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。即使這樣，真正要實現經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]。另外，機械粉碎和研磨過程無疑要消耗大量的電力，這可能會成為回收技術市場開發(fā)的一大障礙[24]。機械回收技術更多的適用于片狀模塑復合材料和團狀模塑復合材料的回收，但風機葉片采用的是疊層復合材料，適用性很差[48]。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）。由于風機葉片（含有4060%的玻璃纖維）有限的熱電轉化效率和低發(fā)熱值（15MJ/Kg），焚燒處理方式不會有太好的發(fā)展景。要解決這些殘渣的潛在污染問題，要么填埋，要么再進一步回收得到再生材料。目前，最常用可行的方式是焚燒處理，焚燒產生的熱量可以被熱電廠用來發(fā)電，同時也可被熱力公司用來供暖?；跉W盟垃圾掩埋法令，第一種方式已經被歐盟國家所禁用。風力發(fā)電機的關鍵部件葉片及轉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]?；陲L力發(fā)電機20年的使用壽命計算，整個風力發(fā)電行業(yè)20年后產生復合材料廢料將超過100萬噸。Papadakis公司[48]估計每年將產生1200噸沒有回收的制造過程廢料。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%。 的Vestas V82風力發(fā)電機。截止2008年全球風電裝機問題已經達到了120GW，其中當年裝機容量就超過了27GW[47]。加速熱固性復合材料向熱塑性復合材料的轉化將會更快的促進復合材料回收技術發(fā)展和市場開發(fā)。如果短期內無法研發(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。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。相應的拆解方法和回收技術都有待完善。Mangino等人[44]重點說明了整個回收工藝流程設計的重要性，在待回收材料的分類和分離工藝的設計上要下很大工夫。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。雖然相關實驗已經表明短纖維增強熱固性復合材料經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。很多天然增強材料（如亞麻纖維、大麻纖維、椰棕絲、蕉麻、玄武巖纖維、動物毛發(fā)、羽毛等）在裝飾和半結構性復合材料中也得到了應用。所以，當下的汽車復合材料都沒有大量使用再生材料[44]。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。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。另外，復合材料在單輛家用轎車中的用量也很少。家用轎車中使用的金屬材料以鋼、鋁、鎂、銅為主，全部金屬件的重量超過了整車的3/4[45]（見圖8），塑料占了大約9%，但其中復合材料的使用十分有限。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大規(guī)模的復合材料化[44]。現在每量汽車中塑料的平均重量