【正文】 為120KG左右，其中復(fù)合材料占比大約為20%[43]。復(fù)合材料的使用已經(jīng)為普通車輛減重200KG以上，在將來(lái)重量減輕幅度會(huì)更大。首先要明確再生材料的潛在市場(chǎng)及價(jià)格，根據(jù)再生碳纖維性能的不同制定不同的價(jià)格，這個(gè)過程一般會(huì)很長(zhǎng)[42]。RCF公司對(duì)航空飛機(jī)和一級(jí)方程式賽車中的高模量碳纖維進(jìn)行回收，再生產(chǎn)品的模量過高往往不適合一般工業(yè)領(lǐng)域使用，這反而要求其在實(shí)際回收過程中混入一般的復(fù)合材料廢料以生產(chǎn)出性能穩(wěn)定一致的產(chǎn)品[39]。預(yù)計(jì)到2029年，再生碳纖維的產(chǎn)量將會(huì)超過5000萬(wàn)磅[40]?？湛凸静捎门c波音公司相同的熱分解回收技術(shù)并努力擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，目的使新一代飛機(jī)中的大量復(fù)合材料可以得到最好的循環(huán)利用。波音公司希望生產(chǎn)出可以投入熱塑性復(fù)合材料生產(chǎn)的再生碳纖維，這樣就能夠緩解處理報(bào)廢碳纖維材料的迫切壓力，并可擺脫原生碳纖維材料的市場(chǎng)制約。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。通過MIT的工藝生產(chǎn)的再生碳纖維性能與填充級(jí)碳纖維相當(dāng)甚至更好，完成可以滿足目前復(fù)合材料生產(chǎn)的需要。這兩家公司都采用熱分解技術(shù)，此技術(shù)是利用樹脂（快）和碳纖維（慢）氧化速度的差異性使纖維和樹脂分離。波音公司估計(jì)，原生碳纖維的生產(chǎn)成本為15~30美元/磅，能量消耗為25~75 kWH/lb；再生碳纖維的生產(chǎn)成本為8~12美元/磅，~ kWH/lb，碳纖維的回收總成本為原生纖維生產(chǎn)總成本的70%左右[37]。波音公司還致力于涂有含鉻底漆碳纖維復(fù)合材料的回收技術(shù)研究[39]，因?yàn)榱鶅r(jià)鉻是一種有毒物質(zhì)，如果能夠分離出鉻而不是直接將含鉻的材料直接進(jìn)行填埋，會(huì)使得此項(xiàng)回收技術(shù)具有極大的吸收力。表2 波音和空客飛機(jī)中復(fù)合材料使用情況飛機(jī)型號(hào)復(fù)合材料用量（wt.%）主要的復(fù)合材料部件空客公司[33－35]A300方向舵、雷達(dá)天線罩A3106垂直尾翼、空氣制動(dòng)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(jī)翼固定式前緣A38025玻纖增強(qiáng)金屬基層合板：前整流罩、機(jī)身外殼頂部、頂板和側(cè)板；碳纖/玻纖增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料：機(jī)翼、機(jī)身、垂尾表層、框架、艙門；蜂窩板：機(jī)腹整流罩A35053碳纖維復(fù)合材料機(jī)翼、機(jī)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(fù)合材料尾翼（包括水平和垂直尾翼、方向舵）、整流罩、地板、機(jī)翼后緣表層以及起落架艙門B78750全復(fù)合材料的機(jī)身、翼盒、發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)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(jī)構(gòu)聯(lián)合研發(fā)航空級(jí)復(fù)合材料的回收技術(shù)。AFRA成立的目標(biāo)包括解決退役飛機(jī)處理對(duì)環(huán)境的影響，持續(xù)研發(fā)飛機(jī)的回收技術(shù)并與其它廠商做到技術(shù)共享。下面我還會(huì)提到提到的AFRA（飛機(jī)回收協(xié)會(huì)）和PAMELA公司在這方面做出的努力。在過去的幾十年里，波音和空客公司都 在致力于碳纖維的回收技術(shù)的研究。但是波音公司認(rèn)為飛機(jī)的回收循環(huán)利用不僅會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，而且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。飛機(jī)的擁有者將退役的飛機(jī)直接丟棄在沙漠里，是因?yàn)樗麄冎豢吹搅藞?bào)廢飛機(jī)的賬面價(jià)值。考慮到各種經(jīng)濟(jì)因素的原因，飛機(jī)退役后大都被遺棄在沙漠中，此時(shí)飛機(jī)的擁有者還沒有意思到這些機(jī)身材料潛在的市場(chǎng)價(jià)值?？湛虯380和未來(lái)的A350已經(jīng)打破了20%的復(fù)合材料使用量上限，表2列舉出了空客和波音公司各機(jī)型中復(fù)合材料的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)。例如，纖維增強(qiáng)鋁基層合板與鋁合金相比就可以減重15~30%。高比例復(fù)合材料化的新一低飛機(jī)正準(zhǔn)備投入市場(chǎng)，世界上最知名的飛機(jī)制造商歐洲空客和美國(guó)波音公司已經(jīng)將復(fù)合材料從原來(lái)的飛機(jī)表面和次結(jié)構(gòu)部件逐漸應(yīng)用到了主結(jié)構(gòu)部件上。一間綜合回收工廠不僅可以利用環(huán)氧樹脂（~10wt.%、~32%）燃燒產(chǎn)生的熱量進(jìn)行熱分層處理，多余的熱量還可以用于鋁片的重熔和提純過程，而且環(huán)氧樹脂在完全燃燒的情況下只產(chǎn)生無(wú)污染的CO2和水。理想的情況下，鋁（合金）可以重新提純并回復(fù)至原始性能，作為生產(chǎn)玻璃纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的原料。代爾夫特理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)最近的研究表明，熱分層可以在500℃的空氣環(huán)境下進(jìn)行，整個(gè)反應(yīng)過程會(huì)隨碎塊的大小不同而產(chǎn)生不同的效果。 熱分層技術(shù)荷蘭代爾夫特理工大學(xué)對(duì)比研究了低溫和高溫分離技術(shù)。提高分離效率的前提是：低溫渦電流分離過程不會(huì)對(duì)最終的分離造成不利影響且不會(huì)影響鋁塊的質(zhì)量。GLARE廢料先在液氮環(huán)境中（196℃）通過造粒機(jī)低溫分離成10mm大小的碎塊，再對(duì)鋁塊和未被分離的GLARE碎塊進(jìn)行渦電流分離處理。又考慮到至少2030年之后都會(huì)產(chǎn)生GLARE報(bào)廢產(chǎn)品，此時(shí)只關(guān)注生產(chǎn)過程廢料如何回收。技術(shù)的可行性關(guān)鍵在于，與填埋相比，F(xiàn)MLs的回收過程對(duì)環(huán)境造成的影響要更小，尤其是在小規(guī)模生產(chǎn)時(shí)?？紤]到GLARE的低產(chǎn)量、玻璃纖維的低價(jià)格和高昂的回收成本，人們對(duì)是否有必要回收GLARE有很多的爭(zhēng)議[31]。GLARE已經(jīng)在空客A380的機(jī)身上得到了使用，有希望在航空航天領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。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(qiáng)金屬層合板（GLARE）。 纖維增強(qiáng)金屬層合板的回收纖維增強(qiáng)金屬層合板（FMLs）是由金屬、纖維和樹脂組成的多組分材料，典型的FMLs是交替鋪放金屬薄片和纖維/樹脂預(yù)浸料并利用壓機(jī)和熱壓罐固化成型。材料（Al380中含有20%的SiC）中的金屬鋁在103℃下被陽(yáng)極溶解后，可以在陰極（銅）上沉積得到純鋁（純度98%）。最近Kamavaram介紹了一種新的回收方法[29]，此方法使用由1丁基3甲基咪唑氯化物（BMIC）和無(wú)水氧化氯配制的電解液對(duì)鋁基復(fù)合材料進(jìn)行電解提純。機(jī)械方法可以擠出復(fù)合材料中熔融狀態(tài)的金屬，或者過濾出增強(qiáng)填料?；厥者^程的熔化和精煉工藝與鋁及其合金生產(chǎn)工藝相似。高效的回收分解技術(shù)對(duì)于纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料至關(guān)重要[14]，回收過程中通常需要加入鹽類（NcCl+KCl）和含氟化合物（Na2SiFNaF）的混合物，因?yàn)辂}熔化后可以浸潤(rùn)金屬基體中的陶瓷顆粒[27]。非連續(xù)鋁基復(fù)合材料可以經(jīng)過精煉和脫氣回收得到純鋁，這種方法與連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的回收技術(shù)相似[14]。即使連續(xù)纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料不能直接當(dāng)作金屬使用，也只是回收MMC中的鋁（合金），增強(qiáng)材料一般就直接填埋了[14]。金屬基復(fù)合材料的市場(chǎng)價(jià)格一般來(lái)講要比單純的金屬高的多，而且MMC在生產(chǎn)過程可以直接當(dāng)作金屬使用。金屬合金既可以加入顆粒、晶須得到非連續(xù)增強(qiáng)復(fù)合材料，也可以加入短纖或長(zhǎng)絲得到連續(xù)增強(qiáng)復(fù)合材料[14]。 金屬基復(fù)合材料的回收金屬基復(fù)合材料（MMC），特別是占主導(dǎo)地位的鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域正在快速增長(zhǎng)，并且已在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中得到使用。由于陶瓷的特性，陶瓷基復(fù)合材料基本上無(wú)法被回收，除非在極高的溫度下。因此，當(dāng)明確知道復(fù)合材料種類的情況下可以使用化學(xué)溶解技術(shù)進(jìn)行回收，而在多種復(fù)合材料混雜在一起，機(jī)械手段無(wú)法對(duì)它們進(jìn)行分類的情況下就無(wú)法使用化學(xué)溶解技術(shù)。但以上這些結(jié)論都是在實(shí)驗(yàn)室通過10ml不銹鋼高壓容器得到的，還需要在更大的反應(yīng)設(shè)備中進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在最近的多項(xiàng)研究中提到[4，5]，用于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料回收的超臨界條件如下：超臨界水，250－400℃、4－17MPa；超臨界醇類化合物（甲醇、乙醇、正丙醇和丙酮），300－450℃、5－17MPa。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(lái)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(gè)難題[4]。采用水和醇類化合物作為溶劑不僅僅是因?yàn)榄h(huán)境因素，通過溶液蒸發(fā)或蒸餾可以回收循環(huán)使用溶劑（水和醇）同樣是一個(gè)考慮因素。醇解可以使環(huán)氧樹脂降解成單體，重新作為化工原料使用。水解和醇解通常需要利用高溫高壓達(dá)到亞－超臨界條件下進(jìn)行，以提高反應(yīng)速度和效率?；瘜W(xué)回收在重新得到纖維和填料的同時(shí)，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。同樣，由于經(jīng)濟(jì)原因，熱解氣化技術(shù)也沒有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，因?yàn)閷L(fēng)機(jī)葉片直接填埋的成本更低。圖6描述了熱解氣化技術(shù)－纖維再生的工藝過程。在無(wú)氧回轉(zhuǎn)爐500℃的高溫作用下，葉片中的樹脂基體會(huì)熱解生產(chǎn)天然氣，產(chǎn)生的天然氣可以用于發(fā)電或者用于回轉(zhuǎn)爐的加熱。丹麥已經(jīng)利用熱解氣化技術(shù)（纖維再生）回收風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片中的玻璃纖維和過程中產(chǎn)生的熱量[24]。這三種熱分解產(chǎn)物各自所占的比例取決于復(fù)合材料類型和熱分解溫度[12]，通常情況下，固體產(chǎn)物所占質(zhì)量比重最高（50%，甚至可以高于2/3），液體產(chǎn)物占10－50%，氣體產(chǎn)物僅占5－15%。液體產(chǎn)物大都由各種復(fù)雜的有機(jī)化合物（具有與汽油一樣的高熱容，3040MJ/kg）組成，有機(jī)化合物的種類取決于復(fù)合材料的樹脂基體。熱分解處理會(huì)產(chǎn)生多種再生產(chǎn)品，這可能是工業(yè)化生產(chǎn)中需要解決的一個(gè)難題。同樣是基于碳纖維的在市場(chǎng)上的高價(jià)值，其碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的回收商業(yè)化更加具有可行性，此項(xiàng)原則同樣適用于其他復(fù)合材料回收技術(shù)。由于這些小分子量產(chǎn)品有可能作為其它化學(xué)反應(yīng)的原料使用，使得熱分解技術(shù)在回收樹脂基方面具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)[12]。熱分解反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間是影響整個(gè)解聚過程和纖維完整度最大的因素，Pickering[12]、Kamingsky[21]和Blazo[23]對(duì)此進(jìn)行過詳細(xì)的表述。此項(xiàng)技術(shù)可同時(shí)應(yīng)用于高分子材料和樹脂基復(fù)合材料的回收。圖5 硫化技術(shù)對(duì)纖維和熱量的回收過程[12]為了提高再生纖維的長(zhǎng)度和模量，熱分解技術(shù)必須在高溫下使樹脂降解或者在300~800℃的無(wú)氧環(huán)境下使樹脂解聚。同時(shí)，Pickering表示，硫化回收技術(shù)只有達(dá)到年回收復(fù)合材料10000噸的情況才能實(shí)現(xiàn)真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，鑒于碳纖維的高價(jià)值，只有碳纖維回收可以實(shí)現(xiàn)小規(guī)模生產(chǎn)。不同于原生纖維的連續(xù)化形態(tài)，通過硫化技術(shù)回收得到的玻璃纖維和碳纖維是一種蓬松的短纖維形態(tài)，其長(zhǎng)度最高可到10mm，纖維模量并沒有降低且表面狀態(tài)同原生纖維類似，但拉伸強(qiáng)度卻僅為原來(lái)的75%左右。450℃下回收得到的玻璃纖維拉伸強(qiáng)度降低了50%，而經(jīng)過550℃高溫回收得到的碳纖維的風(fēng)度僅降低了20%。首先將25mm大小的復(fù)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(jìn)行，環(huán)氧樹脂則需要高達(dá)550℃的反應(yīng)溫度。漢堡大學(xué)則采用熱分解硫化技術(shù)在回收增強(qiáng)纖維的同時(shí)對(duì)樹脂降解產(chǎn)生的二次燃料進(jìn)行回收，此項(xiàng)技術(shù)以后再做單獨(dú)介紹。因此，熱回收技術(shù)只有以下兩種：燃燒硫化技術(shù)和熱分解硫化技術(shù)，其中后者更有發(fā)展前途。因?yàn)槿紵头倩^程只對(duì)熱量進(jìn)行回收，并沒有涉及到材料回收，即便此時(shí)產(chǎn)生的無(wú)機(jī)殘留物可以用于水泥生產(chǎn)，此過程仍不能成為一項(xiàng)單獨(dú)的回收技術(shù)，不過市政固體焚燒爐仍然可以作為單獨(dú)的“回收”熱量的設(shè)備。德國(guó)的ERCOM公司和加拿大的Phoenix Fibreglass公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料機(jī)械回收的工業(yè)化生產(chǎn)[12]。目前，再生玻璃纖維在不改變?cè)袕?fù)合材料生產(chǎn)工藝的情況下生產(chǎn)的復(fù)合材料性能可以受到最小程度的影響，但隨著再生玻璃纖維填充量的增多，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和沖動(dòng)強(qiáng)度明顯降低。一種可以進(jìn)行機(jī)械回收并分離出纖維級(jí)產(chǎn)品的小型空氣分離技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出來(lái)，再生玻璃纖維性能可以與原生新玻璃纖維媲美。 機(jī)械回收機(jī)械回收先將待回收物通過低速切割或碾碎成50100mm的碎片，再用錘磨機(jī)或其它高速精研機(jī)加工成10mm50μm大小的顆粒，隨后再用旋風(fēng)分離器將這些顆粒篩分成富纖維部分（粗糙顆粒）和富樹脂部分（細(xì)膩顆粒）[12]。它們可以應(yīng)用于新一代的汽車生產(chǎn)上，最近滑石粉和玻纖增強(qiáng)聚丙烯就已經(jīng)得到了應(yīng)用；或者可以在板材和仿木制材料生產(chǎn)中得到應(yīng)用，而且目前正在考慮木塑復(fù)合材料的開發(fā)。即使