【正文】 。然而對于熱塑性復(fù)合材料回收的相關(guān)研究表明，雖然纖維的拉伸強度和模量有所降低并且表面得到了破壞，但其破壞應(yīng)變和耐水性卻得到了提高。熱固性復(fù)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。但是新一代熱固性復(fù)合材料可以被處理成像水一樣的低粘度液體，這樣就不需要以往那么高的壓力、設(shè)備和能源投入[16]。Otheguy等[17]人已經(jīng)論證了熱塑性復(fù)合材料船支回收的可行性。通過熱熔法可以回收得到用于注射模塑生產(chǎn)的顆粒，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品各項指標(biāo)均較滿意?？傊@種復(fù)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。 熱固性復(fù)合材料的回收人們對以上提到的三種熱固性復(fù)合材料的回收技術(shù)都已經(jīng)進行了大量的研究，在未來的工業(yè)化生產(chǎn)中都具有某種程度的商業(yè)化可行性。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(fù)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。但通過比較纖維強度和纖維復(fù)合材料的拉拔強度研究纖維和樹脂基體間的界面結(jié)合強度，再生玻璃纖維與樹脂的界面結(jié)合強度較差。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(fù)合材料的增強填料使用。 熱回收熱回收會涉及到高溫處理過程，通常包括以下三個過程：（1） 復(fù)合材料的焚化和燃燒，此時只對熱量進行回收；（2） 利用回收的熱量對復(fù)合材料進行氧化分解，得到纖維和填料；（3） 熱分解：回收得到纖維和燃料?！盎厥铡迸c“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。 燃燒硫化技術(shù) 諾丁漢大學(xué)的采用燃燒硫化技術(shù)，利用樹脂燃燒產(chǎn)生的熱量回收玻璃纖維和碳纖維。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(fù)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。此方法可以回收得到表面完好的纖維，平均直徑在610mm。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(xì)的描述。較低的機械性能限制了它們在模塑復(fù)合材料中的應(yīng)用。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。雖然可以在高達1000℃的溫度下進行處理，但得到的纖維性能會受到更大程度的破壞。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。燃燒回收過程使樹脂氧化產(chǎn)生二氧化碳和水蒸汽，同時產(chǎn)生熱量；與此不同，熱分解回收過程會破壞樹脂的分子鏈結(jié)構(gòu)，從而生成具有更小分子量的有機化合物，例如油、煤氣和硬焦。熱分解回收技術(shù)既可以應(yīng)用于玻璃纖維復(fù)合材料，也可以應(yīng)用于碳纖維復(fù)合材料。熱分解可以在很多設(shè)備中進行，例如固定床反應(yīng)器、螺旋裂解器、回轉(zhuǎn)爐和硫化床[23]，其中硫化床和回轉(zhuǎn)爐是最合適的設(shè)備[7]。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。氣體產(chǎn)物通常是一氧化碳、二氧化碳和碳?xì)浠衔锏幕旌衔铮崛菹鄬^低，1520MJ/kg），這些氣體產(chǎn)物的燃燒可以作為熱分解反應(yīng)（吸熱反應(yīng)）的熱源使用。為了獲得完整度好的纖維，實際生產(chǎn)過程中復(fù)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(yīng)會降低纖維的強度。在發(fā)電機現(xiàn)場，先用液壓剪板機將葉片分割成集裝箱大小的形狀，隨后再運到工廠處理成手掌大小的碎塊。復(fù)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(dāng)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。強度較低的再生玻璃纖維不建議再用于生產(chǎn)風(fēng)機葉片，但可以用于生產(chǎn)絕熱材料。圖6 風(fēng)力發(fā)電機回收圖解化學(xué)回收利用化學(xué)降解或者化學(xué)溶解去除纖維周圍的樹脂基體?；瘜W(xué)溶解根據(jù)溶劑的不同可分為水解、醇解和酸解。而酸解一般是在標(biāo)準(zhǔn)條件下進行，但反應(yīng)速度可能會非常慢[25]。同時，化學(xué)溶解過程還會生成超臨界水和超臨界醇[4，5]。化學(xué)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。在上個世紀(jì)70年代，通用汽車集團對聚氨酯泡沫的醇解回收技術(shù)就已經(jīng)開展了大量的研究[7]，在高壓蒸汽和高溫（232－316℃）作用下可以利用醇解技術(shù)使聚氨酯泡沫降解生成二元胺、多元醇和CO2。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(xué)溶解的回收效率取決于有機樹脂基體的種類，其中提前做好復(fù)合材料的分類是化學(xué)溶解的關(guān)鍵步。 其它復(fù)合材料的回收雖然，樹脂基復(fù)合材料占據(jù)著絕大多數(shù)的市場份額，但其它基體的復(fù)合材料回收也應(yīng)當(dāng)?shù)玫较喈?dāng)程度的關(guān)注。而金屬基復(fù)合材料和纖維增強金屬層合板的回收就沒有問題，下面就介紹一下這兩種材料的回收技術(shù)。其中，商業(yè)化的金屬基復(fù)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]。要了解更多關(guān)于金屬基復(fù)合材料的內(nèi)容[28]，可以查閱Miracle的文章，他從金屬基復(fù)合材料的原理到生產(chǎn)工藝進行了全面的介紹。考慮這個成本動因，對其進行回收加工就顯得不那么重要。大多數(shù)情況下，非連續(xù)鋁基復(fù)合材料（如SiC增強）可以直接進行再次壓鑄成型，得到的產(chǎn)品性能損傷很有限，只有拉伸強度在進行反復(fù)熔化后有了一定程度的降低，但可以通過壓鑄MMC和純金屬的混合物來解決這個問題。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。用于熔化回收金屬基復(fù)合材料的設(shè)備有很多種，一般是感應(yīng)爐、反射爐、膛式爐或筒式旋轉(zhuǎn)爐等設(shè)備，回收得到相對應(yīng)的金屬鑄錠[29]。Nishida[26，27]將鋁基復(fù)合材料分解的方法歸納為以下兩種：機械方法和化學(xué)方法?；瘜W(xué)方法就是利用上面提到的分解技術(shù)先使金屬熔化，然后再浸潤增強顆粒，并最終達到分離的目的。Duralcan174。電解電流在200－500 A/m2之間，電解效率則可達到70－90%，但與機械方法等常見的回收方法相比，單位熱量消耗（－）要高的多。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的Vogelsang等人和ALCOA在20世紀(jì)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(yù)浸料組成。FMLS兼具金屬和復(fù)合材料的優(yōu)良特性，非常適合航空航天領(lǐng)域。FMLs可以看作為是一種結(jié)構(gòu)復(fù)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(yīng)該得到認(rèn)真對待。目前尚且可以對FMLs進行直接填埋，但這種方法將來很有可能會被禁止，所以現(xiàn)在著手開發(fā)纖維增強鋁基層合板的回收技術(shù)十分必要。 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?；厥珍X合金的第一步是要使層合板分層，Tempelman利用鋁（105/K）和玻璃纖維熱膨脹系數(shù)（105/K）間巨大的差異性，通過一種低溫技術(shù)使鋁片與纖維/樹脂分離。渦電流分離利用復(fù)合材料中各組分密度和電導(dǎo)率不同的特點，分離出10mm左右大小的鋁塊。但從技術(shù)商業(yè)化的角度來看，低溫回收的成本卻又高于再生鋁的市場價格。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。熱分層可以得到比較純凈的玻璃纖維和鋁片，其中玻璃纖維可在性能要求不高的產(chǎn)品中使用，鋁片可通過重熔爐（含有NaCl、KCl和氟鋁酸鈉）提純得到鋁錠。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)當(dāng)下的研究重點就是重新提純鋁（合金）。 航空、汽車和風(fēng)力發(fā)電工業(yè)的復(fù)合材料回收 航空工業(yè)復(fù)合材料的回收發(fā)展現(xiàn)狀復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件的開發(fā)并應(yīng)用于軍用飛機已經(jīng)有超過50的歷史，民用飛機這些年在金屬零件和結(jié)構(gòu)件的復(fù)合材料化同樣發(fā)展迅速。飛機復(fù)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(fù)合材料。圖7中描述了這些年民用飛機中復(fù)合材料的發(fā)展趨勢[33]。人們主要考慮到碳纖維復(fù)合材料回收產(chǎn)品無法重新再用于復(fù)合材料的生產(chǎn)，而且每年會產(chǎn)生大量的復(fù)合材料生產(chǎn)廢料，所以一般情況下碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)過程廢料都直接進行填埋。碳纖維價格最高可達50美元/磅，碳纖維回收循環(huán)利用將會帶來不錯的經(jīng)濟效益。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。波音公司計劃到2012年飛機的回收利用率能夠達到90~95%，再生材料可以直接用于高價值產(chǎn)品的商業(yè)化生產(chǎn)[37]。圖7 復(fù)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(xué)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(fù)合材料的回收[36]。 波音公司2006年，波音公司[37，38]聯(lián)合其它10家航空飛機制造商成立了飛行回收協(xié)會（AFRA），一致承諾不斷完善退役飛機的管理工作[38]。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。最近波音公司對777和787的主體復(fù)合材料進行了回收實驗，對比研究了再生纖維的強度及其與基體的粘結(jié)性能，認(rèn)為再生纖維極有可能被用于高端工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括電子產(chǎn)品的無線電屏蔽外殼和高端汽車的復(fù)合材料部件。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(fù)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。經(jīng)過材料創(chuàng)新技術(shù)公司（MIT）、再生碳纖維有限公司（RCF）（）聯(lián)合波音公司及其材料供應(yīng)商的共同努力，已經(jīng)實現(xiàn)了高價值碳纖維的回收循環(huán)利用。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(yù)浸料邊角料和報廢復(fù)合材料儀表盤作為原材料，同時混入熱塑性樹脂。而RCF公司使用其再生產(chǎn)碳纖維生產(chǎn)的注射模塑產(chǎn)品性能在除了模量外的其它性能都有明顯的下降，性能的損失可能來自熱裂分解過程對纖維的影響，或者來自原料混合和注塑過程。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]。 空客公司空客公司在2005年就成立了“PAMELA” 項目組（退役飛機高級管理項目），目標(biāo)是在未來幾年內(nèi)可以將飛機中可回收材料的比例從目前的70－75%提高到90%[41]。通過對現(xiàn)有退役飛機主/次結(jié)構(gòu)復(fù)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。要回收如此大量的復(fù)合材料將面臨一個很大的問題：待回收材料的多樣性，如預(yù)浸料、其它邊角料和報廢材料等在性質(zhì)在的巨大差異；高模量的航空復(fù)合材料與其它模量的復(fù)合材料也要同時進行回收，而且還要確保不同的待回收材料得到的再生材料在性能上的一致性。當(dāng)下最大的障礙就是如何打開再生材料的應(yīng)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。 汽車工業(yè)復(fù)合材料回收發(fā)展現(xiàn)狀汽車工業(yè)是目前應(yīng)用復(fù)合材料最大的領(lǐng)域之一，新一代汽車中復(fù)合材料用量處于穩(wěn)步增長。汽車減重