纖維復(fù)合材料-15(專題3：復(fù)合材料廢棄物回收利用技術(shù)與發(fā)展)

1、復(fù)合材料廢棄物回收利用技術(shù)與發(fā)展目 錄一、背景二、復(fù)合材料回收利用技術(shù)三、國內(nèi)研究狀況四、專用裝備介紹五、回收技術(shù)發(fā)展趨勢一、背景復(fù)合材料應(yīng)用廣泛，產(chǎn)量增長迅速復(fù)合材料應(yīng)用廣泛，產(chǎn)量增長迅速中國復(fù)合材料產(chǎn)量增長情況 伴隨著復(fù)合材料的飛速發(fā)展，復(fù)合材料廢棄物的數(shù)量不斷增加。 復(fù)合材料廢棄物來源: p 制造過程產(chǎn)生的廢棄物；p 使用后退役的產(chǎn)品。復(fù)合材料廢棄物量隨之增長、引起行業(yè)廣泛關(guān)注復(fù)合材料廢棄物量隨之增長、引起行業(yè)廣泛關(guān)注葉片行業(yè)的迅速擴大，給回收利用帶來新的困難葉片行業(yè)的迅速擴大，給回收利用帶來新的困難 制造過程產(chǎn)生的廢棄物量大（約700Kg/片） 產(chǎn)品重、體積大、強度高，破碎等處理不方便

2、； 行業(yè)快速、迅猛發(fā)展，意味著將來將集中退役，大量退役葉片的處理，對回收利用技術(shù)將是一個很大的挑戰(zhàn)。 需要回收的風機葉片材料數(shù)量預(yù)測（來源：f-kwinf,Hochschule Bremerhaven） 目前，我國對復(fù)合材料廢棄物的處理仍主要采取 填埋填埋或簡單焚燒簡單焚燒的的處理方法。 占用土地資源； 二次污染嚴重； 資源未得到充分應(yīng)用 存在潛在的、未知的危險。目前國內(nèi)的主要處理方式目前國內(nèi)的主要處理方式二、國外復(fù)合材料回收技術(shù) 復(fù)合材料廢棄物的方法不盡相同，但總的來說，可以大致分為以下三種路線：化學(xué)回收物理回收能量回收 不管采用那一種回收方法，復(fù)合材料廢棄物必須首先切碎成可用的塊狀。 復(fù)合

3、材料廢棄物切碎造粒和研磨化學(xué)回收能量回收物理回收造粒復(fù)合材料廢棄物回收流程類型方法適用范圍回收產(chǎn)物用途化學(xué)回收 熱解包括被污染的復(fù)合材料廢棄物熱解氣、熱解油、固體副產(chǎn)物用作燃料和新復(fù)合材料等的填料和其他用途。物理回收粉碎只適用于未被污染的廢棄物粉料用于新復(fù)合材料、填料、鋪路材料等能量回收焚燒絕大多數(shù)復(fù)合材料廢棄物熱量發(fā)電、熱源各種復(fù)合材料廢棄物回收方法對比2.1 化學(xué)回收利用化學(xué)改性或分解的方法使廢棄物成為可以回收利用的其他物質(zhì)（如燃氣、燃油等）的一種方法。該方法技術(shù)難度大，對回收設(shè)備要求高，回收費用較高。一般在400500 以回收熱解油為主，在600700 以回收熱解氣為主。復(fù)合材料廢棄物中

4、的玻纖在熱解的高溫下力學(xué)性能下降，進一步研磨后，可與其他固體副產(chǎn)物研磨粉料一起用作填料。種 類含量/ %發(fā)熱量(燃燒熱)成 分用 途熱解氣148939kcal/ Nm3與天然氣接近供熱解以能量，用作燃料熱解油149240kcal/ kg以芳香成分為主，與重油成分接近。進一步分餾、改性，作燃料固體副產(chǎn)物72CaCO3 、玻纖、炭黑等用作SMC、BMC、塑料等的填料，鋪路材料 復(fù)合材料廢棄物熱解產(chǎn)物表 美國汽車協(xié)會和通用公司共同努力, 在1988 年和1989 年進行了數(shù)十噸SMC廢棄物熱解試驗，將復(fù)合材料廢棄物在無氧情況下，加熱分解成為熱解氣和熱解油，以及以CaCO3 、玻纖為主的固體副產(chǎn)物。

5、在通用A 級汽車SMC 用料中, 其替代量高達CaCO3 填料的30 %(混合物的12 %) 時，對加工和力學(xué)性能無不良影響。力學(xué)性能4 %熱解副產(chǎn)物8 %熱解副產(chǎn)物12 %熱解副產(chǎn)物16 %熱解副產(chǎn)物純SMC 材料彎曲強度176178180165178彎曲模量11.111.711.010.311.0拉伸強度7171797067缺口Izod 沖擊強度/ N1058112110159081068無缺口沖擊強度/N11381335133512821232粘合實驗搭接切變負載(25 ) / kg229335209229203Loria 指數(shù)8776828484含有研磨熱解副產(chǎn)物的SMC 性能對比表R

6、eFiber 公司對葉片采用的高溫熱解回收工藝，其回收的材料主要用作絕緣材料在葉片產(chǎn)品上的應(yīng)用試驗在葉片產(chǎn)品上的應(yīng)用試驗高溫熱解前后的風機葉片2.2 物理回收 將廢棄物粉碎或熔融作為材料的原材料使用。 生產(chǎn)成本較低、處理方法簡單，但是對廢棄物的選擇性大、處理量有限度 。 作為添加物使用時，由于可能會導(dǎo)致材料性能的降低和成本的提高，所以添加數(shù)量和應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。粒子尺寸應(yīng)用領(lǐng)域 25 25mm建材，如廢紙制造的紙板、輕型水泥板、農(nóng)用地面覆蓋材料和隔音材料等3. 29. 5mm屋頂瀝青、BMC、混凝土等的填料，鋪路材料補強劑、填料等 60m(200 目)SMC、BMC 和熱塑性塑料填料等粉碎法回

7、收粒料尺寸及應(yīng)用范圍美國美國GE 將GMT制作的廢棄的汽車保險杠經(jīng)過粉碎機粉碎后與GMT 新料按20:80的比例摻混再復(fù)合成新的片材，其性能無明顯下降。大日本油墨化學(xué)工業(yè)株式會社大日本油墨化學(xué)工業(yè)株式會社以BMC制品的廢棄物為對象開發(fā)了新型人行道鋪路材料。把廢BMC制品的破碎物作為人行道的下層，再生橡膠作為上層。2.3 能量回收 將廢棄物通過焚燒等處理，其中的有機物通過燃燒轉(zhuǎn)化為熱能或其它能量方式加以應(yīng)用的方法。 該方法生產(chǎn)成本較低、處理方法簡單， 但是廢棄物焚燒過程容易釋放出有毒氣體，焚燒后的灰分需要填埋，容易對環(huán)境造成二次污染。 另一個問題是復(fù)合材料中有機物的燃點較高，需要用油、煤等引燃和

8、助燃。復(fù)合材料及烯烴類聚合物的燃燒熱量制品名稱發(fā)熱量（Kcal/Kg）樹脂7010 7360手糊成型制品4690 4930SMC制品2660 2810PE1029011070PP 1029011040PS9440 9880PET5230 5470能量回收流程圖 熱源回收方法利用形態(tài)用途燃燒氣體 1.通過熱交換器加熱空氣產(chǎn)生熱風熱風硬化爐的熱源暖房用干燥設(shè)備的熱源 2.廢熱鍋爐設(shè)備產(chǎn)生蒸汽蒸汽用蒸汽方式暖房用電力蒸汽氣輪機發(fā)電 3.通過熱交換器回收排氣，加熱水溫水鍋爐用供水暖房用爐體冷卻水直接利用焚燒爐體的冷卻排水溫水鍋爐用供水浴池暖房用能量回收利用方法 三、國內(nèi)研究應(yīng)用狀況 國內(nèi)的研究方向主要

9、是：1、采用物理方法回收利用，在回收填料替代應(yīng)用技術(shù)以及粉碎設(shè)備開發(fā)等方面開展了較多研究和應(yīng)用推廣。 2、對能量回收方法進行應(yīng)用研究，主要對焚燒爐的方式、排放物的處理技術(shù)及裝備開展研究。 國內(nèi)一些研究單位和企業(yè)開發(fā)了FRP廢棄物破碎機，并將復(fù)合材料廢棄物粉碎后作為填料用于復(fù)合材料波形瓦、洗面臺等產(chǎn)品中。 北京玻璃鋼研究設(shè)計院研究了復(fù)合材料廢棄物作為填料用于SMC材料中。對粉碎設(shè)備、回收填料的處理、添加量進行了研究。 中材科技風電葉片股份有限公司和北京玻璃鋼研究設(shè)計院合作研究了焚燒法處理、回收葉片制造過程廢棄物。復(fù)合材料焚燒爐及試燒四、復(fù)合材料廢棄物的回收專用設(shè)備4. 1 切割、破碎設(shè)備 復(fù)合材

10、料廢棄物在分撿出金屬等異物解體后，首先要進行切割和破碎。該技術(shù)主要受廢棄物形狀的影響，另外，切割玻纖對刀刃的磨損，廢棄物中金屬等異物和污染狀態(tài)等也有不同程度的影響。 對于風機葉片來說，還需要增加一個步驟，葉片要在現(xiàn)場切割成大塊，以便于運輸。移動式自動切割裝置（日本）復(fù)合材料構(gòu)件北玻有限開發(fā)剪切式破碎機破碎機內(nèi)刀鋸 層壓及纏繞制品破碎產(chǎn)物 破碎設(shè)備4.2 粉碎設(shè)備 復(fù)合材料廢棄物粉碎再利用時，可采用精制車床切斷破壞粗粉碎，再用沖擊破壞方式的高速旋轉(zhuǎn)微粉碎機過濾網(wǎng)切碎機微粉碎，然后篩選分開，得到數(shù)微米數(shù)十微米的微粉碎物。 其它還有用攪拌磨碎方式的球形切碎機、高速沖擊破壞方式的噴水切碎機、剪斷切碎機

11、、或切削方式等的粉碎方法。轉(zhuǎn)輪切割機 過濾網(wǎng)切碎機4.3 焚燒設(shè)備焚燒處理工藝流程圖各種式樣的焚燒爐出灰與進氣在同一口，爐子比較小。 爐床自身回轉(zhuǎn)，投入物攪拌。在熱介質(zhì)的流動砂中焚燒，投入物的程度要細。可動型的火格子，在保證爐中焚燒物擴散良好的同時，灰自動出來。4.4熱分解回收設(shè)備熱分解回收設(shè)備 將復(fù)合材料廢棄物切割、破碎成碎片后, 投入密封的高溫分解反應(yīng)容器中，以丙烷或熱解氣加熱，進行高溫分解。(1) 原料處理和喂料系統(tǒng)(2) 高溫分解反應(yīng)器 根據(jù)廢棄物的傳熱性差、樹脂熱解時的發(fā)熱量大和樹脂高溫熔融、滴流、粘壁以及纖維和填料粘附爐壁和飛揚、不完全燃燒產(chǎn)生炭黑并附著爐壁等特點，專門設(shè)計加工，是

12、熱解回收的核心部分。(3) 控制系統(tǒng) 監(jiān)控熱解溫度、燃燒率、壓力、真空和其他過程。(4) 出料系統(tǒng)三洋電機裂解反應(yīng)器 五、回收技術(shù)發(fā)展趨勢 綜合處理成為回收利用技術(shù)的新方向，主要體現(xiàn)在兩方面：1、在設(shè)計和制造的時候，就考慮到廢棄物的回收和再利用。 比如：采用熱塑性復(fù)合材料制造葉片、研究采用竹纖維增強復(fù)合材料、研究采用生物基膠黏劑替代環(huán)氧樹脂等；研究新的制造技術(shù)，減少制造過程廢棄物的排放.2、綜合各種處理技術(shù)、實現(xiàn)資源的充分利用 目前，國外先進的處理技術(shù)傾向于利用其他工業(yè)基礎(chǔ)，綜合使用以上方法，充分利用廢棄物特點，同時回收能量、物質(zhì)，最大程度的實現(xiàn)廢棄物的回收和利用。如水泥窯爐處理技術(shù)等。水泥窯爐協(xié)同處理技術(shù)1料倉 2干燥器 3破碎機 4除塵器 5分析儀 6輔助燃料 7余熱鍋爐 8預(yù)熱窯 9 水泥熟料 10產(chǎn)品 A礦渣等 B輪胎碎片廢FRP等 C廢油等 D炭等 E副產(chǎn)品石膏等水泥處理技術(shù)工藝流程圖 該方法顯著特點是： 水泥窯爐燃燒溫度為800至1500，物料在高溫區(qū)域的停留時間在一小時