熱解產(chǎn)生的液體和固體可壓縮產(chǎn)品含有不同等級的有機(jī)材料的混合物,如表3所示。油可作為燃料(熱值約為30MJ/kg)和作為化學(xué)原料。表4列出了聚酯復(fù)合材料熱解后的產(chǎn)品,可壓縮液體包括26%的苯乙烯,固體可壓縮產(chǎn)品是96%的鄰苯二甲酸酐,這些物質(zhì)都是生產(chǎn)聚酯樹脂的有用原料。
熱解產(chǎn)生的固體廢料主要是玻璃纖維、碳纖維、礦物填料、和聚合物降解產(chǎn)生的碳。據(jù)報道,聚酯復(fù)合材料產(chǎn)生的固體廢料含有16%的碳。在第二階段,450℃的氧化工藝中,碳用來清潔玻璃纖維。這使纖維機(jī)械強度下降了50%,與其他研究人員的發(fā)現(xiàn)類似。用這些代替聚酯復(fù)合材料中原始短纖維的25%制成的復(fù)合材料,機(jī)械性能幾乎沒有下降。
2.3.2 碳纖維復(fù)合材料
日本一些實驗室研究了用熱解法回收碳纖維復(fù)合材料,該材料是以環(huán)氧和酚醛樹脂為基體的。研究工作主要集中在:在空氣中熱解,隨著加熱碳纖維性能的變化。實驗方法有些不確定,通常熱解在空氣流中發(fā)生。加熱被延長幾個小時,溫度分別為400℃、500℃、600℃,測量拉伸強度,并與原始纖維的進(jìn)行對比。結(jié)果暗示,碳纖維復(fù)合材料在500℃熱解條件下,碳纖維拉伸強度幾乎沒有下降。然而,碳纖維在空氣中被加熱時,拉伸強度降低約25%。這可理解為,在沒有樹脂保護(hù)層時纖維氧化更嚴(yán)重。在600℃,碳纖維嚴(yán)重氧化,在熱解條件下碳纖維拉伸強度下降超過30%。
在美國粘接技術(shù)部門研究了環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料的催化熱解工藝。在低溫下熱解(200℃左右)時,催化劑和聚合物全都降解成低分子的液態(tài)和氣態(tài)的碳?xì)浠衔?,碳纖維基本上從樹脂中分離出來。評價了一維碳纖維和織物碳纖維制成的飛機(jī)材料和預(yù)浸處理材料碎片復(fù)合材料。將材料切碎后裝入邊疆的熱解反應(yīng)器,反應(yīng)5min。預(yù)浸處理材料有一層背紙,在熱解過程中背紙也完全被降解。回收的液體產(chǎn)品的組分列于表5中,表6中列出了氣體產(chǎn)品的組分,但沒有報道液體和氣體的比例。從環(huán)氧樹脂回收的化學(xué)組分希望用于生產(chǎn)樹脂的成分。表征了回收碳纖維的拉伸強度和表面化學(xué)性質(zhì),發(fā)現(xiàn)拉伸強度下降幅度為1~17%,表面分析結(jié)果是變化的。在一種情況下,回收碳纖維表面氧含量是83%,高于原始碳纖維的;在另一種情況下,表面氧含量下降約18%。在這兩種情況下,氧對原始碳纖維的粘接是相似的,因此,回收的碳纖維適合用于與復(fù)合材料中聚合物基體的粘接。有報道稱,將與波音合作進(jìn)一步研究催化熱解工藝。
碳纖維復(fù)合材料的氣化工藝也進(jìn)行了研究。在這個工藝?yán)铮槠?00℃控制氧流速的條件下被加熱,聚合物轉(zhuǎn)變成短鏈碳?xì)浠衔锖蜌怏w(H2和CO),碳纖維被回收再利用。在這個藝中,纖維上會留有一些聚合物殘渣,一般不超過10%?;厥盏睦w維用于團(tuán)狀模塑料中代替玻璃纖維,與玻璃纖維相比,拉伸強度有所提高(超過25%)。
目前,在丹麥正在研究采用熱解工藝和氣化工藝回收風(fēng)機(jī)葉片。在這個工藝中,將風(fēng)機(jī)葉片切割成1m長的碎片,裝入大批量反應(yīng)器里,在抽直空條件下加熱;在熱循環(huán)結(jié)束時通入空氣,將碳氧化,以便回收干凈的玻璃纖維和填料。熱解產(chǎn)生的氣體和液體產(chǎn)品用作能源,回收的固體產(chǎn)品(玻璃纖維和填料)用作增強材料,其使用方法類似于從機(jī)械回收工藝中得到的纖維產(chǎn)品的處理。
3 討 論
熱回收工藝的優(yōu)勢是能夠處理更多被污染的碎片復(fù)合材料。流化床工藝可產(chǎn)生干凈的纖維,但纖維與原始纖維的形式不同。因此,研發(fā)工作應(yīng)明確材料應(yīng)被再加工成低成本的產(chǎn)品,從熱解工藝中產(chǎn)生的纖維也是一樣的。回收的纖維上可能有不同等級的碳,限制了重新使用或需要進(jìn)一步工藝進(jìn)行回收。在原理上, 熱解工藝比流化床工藝更復(fù)雜,但能從聚合物中生產(chǎn)出有用的有機(jī)材料。這些需要進(jìn)一步的工藝把它們從混合物中分離出來,在大規(guī)模上需要考慮成本效用。
4 結(jié) 論
熱固性復(fù)合材料的潛在回收工藝進(jìn)行相當(dāng)數(shù)量的研究,在這篇文章中描述了熱回收工藝的一些關(guān)鍵研究工作。除此之外,世界各地還沒有商業(yè)價值的復(fù)合材料回收活動,主要的市場結(jié)果是對生產(chǎn)復(fù)合材料回收品沒有一個合理的價格?,F(xiàn)在歐洲立法要求回收路線要滿足復(fù)合材料,其它廢器的管理辦法不允許使用。歐洲復(fù)合材料工業(yè)響應(yīng)歐洲復(fù)合材料回收思想,管是復(fù)合材料廢品,并鼓勵回收活動