汽车轻量化是近两年来非常热门的一个话题,而复合材料凭借轻质高强的特点获得了大家的青睐。复合材料在汽车行业的应用将逐年增加,碰撞后复材件能否修复也是一个非常关键的问题。如何降低复材件的成本,是未来的重要方向之一。
@团团圆圆
复合材料的修理和再生利用都还有待耕耘。
@张宏武
碳纤维热塑有一套完整的修复回收问题。
除了探讨复材修复的问题,这次又引出了一个新的话题,那就是回收的问题。
热固性复合材料凭借高强、耐腐蚀、耐候性好等优点被广泛应用,但作为废弃物,这些优点却又变成了缺点。热固性复合材料的废弃物主要来自于生产过程中的残次品、边角料以及丧失了功能的制品。
由于在自然环境中难以降解,这些废弃物对环境污染非常严重,已引起人们的广泛关注。随着热固性复合材料的种类及数量不断增多,未来废弃物也会越来越多。
如何做好热固性复合材料的回收?将是现在及未来需要认真思考的问题。
针对热固性复合材料废弃物的处理,原始的做法主要是填埋和焚烧。虽然填埋大多选择的是山沟或荒地,但废弃物难降解,一方面会对土壤造成破坏,另一方面也会造成大量土地资源的浪费。而焚烧一般采取的是直接燃烧,燃烧过程会产生大量的毒气,一样造成环境污染。
为此,国内外都在寻找新的解决方案。目前比较主流的两个研究方向是:①研究非再生热固性复合材料废弃物的处理新技术;②开发可再生、可降解的新材料。
机械回收一般是将待回收物粉碎成100mm²的碎片,然后根据不同用途再用设备粉碎成粒料或粉末,这些粒料或粉末可作为制备复合材料的填料。研究表明,将这些回收料作为SMC片料的填料,添加一定比例后其力学性能未见明显降低。因此可取代CaCO3等填料。
化学回收也需要将待回收物先粉碎成100mm²的碎片,然后再通过化学方法将废弃物碎片分解成气态、液态和固态物质,最后分别回收。常见的化学方法有热裂解法、反相氧化法和催化裂解法。
热裂解法通过引入天然气或丙烷作为加热反应器的原料,一旦有气体裂解即可切换,将产物变成燃料。通常可以得到低分子量的烷烃、烯烃和CO、H2等气体,类似原油的液体,固体残渣多为破碎的纤维、填料及焦炭。
反相氧化法也被称为气相法,在氧的作用下,复合材料中的聚合物基体被分解为低分子碳氢化合物、CO和H2,从而与增强材料分离。这种方法对碳纤增强环氧体系最有效。除了可回收燃气、燃油外,还能有效的保留纤维的性能,因此对于碳纤维这种高附加值的增强材料来说有非常好的回收价值。
催化裂解法主要是通过催化剂将聚合物降解为气态或液态低分子物质,与增强体分离,经过精馏得到各种化学原料。
虽然这些新的处理技术比传统的填埋、焚烧处理有了非常大的突破,但还是存在回收成本高、效率低等问题,从综合成本看经济价值并不高。
很多时候,由于在设计环节中欠缺环保意识,造成了后续回收的效率低下。因此,为了提高热固性复合材料的回收率,另一个研究方向是开发可再生、可降解的新材料。
从可回收这个角度看,热塑性复合材料具有天然的优势,完胜热固性复合材料。可以循环利用,综合成本自然低。凭借这个优势,热塑性树脂后来居上,在市场应用占比超过80%。
当然,热固性树脂也不示弱。已经有企业研发出可降解环氧树脂和环氧固化剂,从而可以回收连续碳纤维。但正如@团团圆圆所说,还有待耕耘。
据不完全统计,目前全球热固性复合材料废弃物已达数百万吨/年,其中仅风电叶片就达数十万吨,这是一个非常庞大且恐怖的数字。
随着热固性复合材料总量的不断增加,废弃物的数量也将不断增多。
可持续发展是本世纪的发展理念,因此对环境保护也提出了更高的要求。我国在环保条令中就明文规定:国家鼓励、支持开展清洁生产,减少固体废弃物的产生量。
从近两年国家严查环保问题的行动中就可以看出,保护环境不再是一句空话。没有理解到这个核心理念的企业,已经在吃亏了。
如何解决热固性复合材料废弃物的处理?已经成为我国乃至全世界复合材料(玻璃钢)界面临的一个紧迫问题。假如不能处理好,最终会限制行业的发展。
危机,危机,危中有机。尽快研发出高效、低成本的处理技术,对于复合材料行业来说是一件影响深远的事。
可以说,这正是一个风口!
站在风口上,猪都可以飞起来。
记得我的一位老师曾说过:希望你们学了这个专业,能更好的利用聚合物,为环保尽一份力。
世界上没有垃圾,只有放错地方的宝藏。
既然我们赋予了复合材料生命,那也要给它们一个好的归宿。
文|长弓侠
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