复合材料回收应用技术

复合材料废弃物回收利用技术与发展目录一、背景二、复合材料回收利用技术三、国内研究状况四、专用装备介绍五、回收技术发展趋势一、背景复合材料应用广泛，产量增长迅速中国复合材料产量增长情况0.61420.61426.36.335.1253.56.666.248108.280.554179.51066527142261404838290179565505010015020025030019781988199820002002200420062008总量FRSPFRTPCCL伴随着复合材料的飞速发展，复合材料废弃物的数量不断增加。复合材料废弃物来源:制造过程产生的废弃物；使用后退役的产品。复合材料废弃物量随之增长、引起行业广泛关注叶片行业的迅速扩大，给回收利用带来新的困难•制造过程产生的废弃物量大（约700Kg/片）•产品重、体积大、强度高，破碎等处理不方便；•行业快速、迅猛发展，意味着将来将集中退役，大量退役叶片的处理，对回收利用技术将是一个很大的挑战。需要回收的风机叶片材料数量预测（来源：f-kwinf,HochschuleBremerhaven）目前，我国对复合材料废弃物的处理仍主要采取填埋或简单焚烧的处理方法。占用土地资源；二次污染严重；资源未得到充分应用存在潜在的、未知的危险。目前国内的主要处理方式二、国外复合材料回收技术复合材料废弃物的方法不尽相同，但总的来说，可以大致分为以下三种路线：化学回收物理回收能量回收不管采用那一种回收方法，复合材料废弃物必须首先切碎成可用的块状。复合材料废弃物切碎造粒和研磨化学回收能量回收物理回收造粒复合材料废弃物回收流程类型方法适用范围回收产物用途化学回收热解包括被污染的复合材料废弃物热解气、热解油、固体副产物用作燃料和新复合材料等的填料和其他用途。物理回收粉碎只适用于未被污染的废弃物粉料用于新复合材料、填料、铺路材料等能量回收焚烧绝大多数复合材料废弃物热量发电、热源各种复合材料废弃物回收方法对比2.1化学回收利用化学改性或分解的方法使废弃物成为可以回收利用的其他物质（如燃气、燃油等）的一种方法。该方法技术难度大，对回收设备要求高，回收费用较高。一般在400～500℃以回收热解油为主，在600～700℃以回收热解气为主。复合材料废弃物中的玻纤在热解的高温下力学性能下降，进一步研磨后，可与其他固体副产物研磨粉料一起用作填料。种类含量/%发热量(燃烧热)成分用途热解气148939kcal/Nm3与天然气接近供热解以能量，用作燃料热解油149240kcal/kg以芳香成分为主，与重油成分接近。进一步分馏、改性，作燃料固体副产物72CaCO3、玻纤、炭黑等用作SMC、BMC、塑料等的填料，铺路材料复合材料废弃物热解产物表•美国汽车协会和通用公司共同努力,在1988年和1989年进行了数十吨SMC废弃物热解试验，将复合材料废弃物在无氧情况下，加热分解成为热解气和热解油，以及以CaCO3、玻纤为主的固体副产物。•在通用A级汽车SMC用料中,其替代量高达CaCO3填料的30%(混合物的12%)时，对加工和力学性能无不良影响。力学性能4%热解副产物8%热解副产物12%热解副产物16%热解副产物纯SMC材料弯曲强度176178180165178弯曲模量11.111.711.010.311.0拉伸强度7171797067缺口Izod冲击强度/N1058112110159081068无缺口冲击强度/N11381335133512821232粘合实验搭接切变负载(25℃)/kg229335209229203Loria指数8776828484含有研磨热解副产物的SMC性能对比表ReFiber公司对叶片采用的高温热解回收工艺，其回收的材料主要用作绝缘材料在叶片产品上的应用试验高温热解前后的风机叶片2.2物理回收将废弃物粉碎或熔融作为材料的原材料使用。生产成本较低、处理方法简单，但是对废弃物的选择性大、处理量有限度。作为添加物使用时，由于可能会导致材料性能的降低和成本的提高，所以添加数量和应用领域受到限制。粒子尺寸应用领域25×25mm建材，如废纸制造的纸板、轻型水泥板、农用地面覆盖材料和隔音材料等3.2～9.5mm屋顶沥青、BMC、混凝土等的填料，铺路材料补强剂、填料等60μm(200目)SMC、BMC和热塑性塑料填料等粉碎法回收粒料尺寸及应用范围•美国GE将GMT制作的废弃的汽车保险杠经过粉碎机粉碎后与GMT新料按20:80的比例掺混再复合成新的片材，其性能无明显下降。•大日本油墨化学工业株式会社以BMC制品的废弃物为对象开发了新型人行道铺路材料。把废BMC制品的破碎物作为人行道的下层，再生橡胶作为上层。2.3能量回收将废弃物通过焚烧等处理，其中的有机物通过燃烧转化为热能或其它能量方式加以应用的方法。该方法生产成本较低、处理方法简单，但是废弃物焚烧过程容易释放出有毒气体，焚烧后的灰分需要填埋，容易对环境造成二次污染。另一个问题是复合材料中有机物的燃点较高，需要用油、煤等引燃和助燃。复合材料及烯烃类聚合物的燃烧热量制品名称发热量（Kcal/Kg）树脂7010~7360手糊成型制品4690~4930SMC制品2660~2810PE10290~11070PP10290~11040PS9440~9880PET5230~5470能量回收流程图热源回收方法利用形态用途燃烧气体1.通过热交换器加热空气产生热风热风硬化炉的热源暖房用干燥设备的热源2.废热锅炉设备产生蒸汽蒸汽用蒸汽方式暖房用电力蒸汽气轮机发电3.通过热交换器回收排气，加热水温水锅炉用供水暖房用炉体冷却水直接利用焚烧炉体的冷却排水温水锅炉用供水浴池暖房用能量回收利用方法三、国内研究应用状况国内的研究方向主要是：1、采用物理方法回收利用，在回收填料替代应用技术以及粉碎设备开发等方面开展了较多研究和应用推广。2、对能量回收方法进行应用研究，主要对焚烧炉的方式、排放物的处理技术及装备开展研究。•国内一些研究单位和企业开发了FRP废弃物破碎机，并将复合材料废弃物粉碎后作为填料用于复合材料波形瓦、洗面台等产品中。•北京玻璃钢研究设计院研究了复合材料废弃物作为填料用于SMC材料中。对粉碎设备、回收填料的处理、添加量进行了研究。•中材科技风电叶片股份有限公司和北京玻璃钢研究设计院合作研究了焚烧法处理、回收叶片制造过程废弃物。复合材料焚烧炉及试烧四、复合材料废弃物的回收专用设备4.1切割、破碎设备复合材料废弃物在分捡出金属等异物解体后，首先要进行切割和破碎。该技术主要受废弃物形状的影响，另外，切割玻纤对刀刃的磨损，废弃物中金属等异物和污染状态等也有不同程度的影响。对于风机叶片来说，还需要增加一个步骤，叶片要在现场切割成大块，以便于运输。移动式自动切割装置（日本）复合材料构件北玻有限开发剪切式破碎机破碎机内刀锯层压及缠绕制品破碎产物破碎设备4.2粉碎设备•复合材料废弃物粉碎再利用时，可采用精制车床切断破坏粗粉碎，再用冲击破坏方式的高速旋转微粉碎机过滤网切碎机微粉碎，然后筛选分开，得到数微米~数十微米的微粉碎物。•其它还有用搅拌磨碎方式的球形切碎机、高速冲击破坏方式的喷水切碎机、剪断切碎机、或切削方式等的粉碎方法。转轮切割机过滤网切碎机4.3焚烧设备焚烧处理工艺流程图各种式样的焚烧炉出灰与进气在同一口，炉子比较小。炉床自身回转，投入物搅拌。在热介质的流动砂中焚烧，投入物的程度要细。可动型的火格子，在保证炉中焚烧物扩散良好的同时，灰自动出来。4.4热分解回收设备将复合材料废弃物切割、破碎成碎片后,投入密封的高温分解反应容器中，以丙烷或热解气加热，进行高温分解。•(1)原料处理和喂料系统•(2)高温分解反应器根据废弃物的传热性差、树脂热解时的发热量大和树脂高温熔融、滴流、粘壁以及纤维和填料粘附炉壁和飞扬、不完全燃烧产生炭黑并附着炉壁等特点，专门设计加工，是热解回收的核心部分。•(3)控制系统监控热解温度、燃烧率、压力、真空和其他过程。•(4)出料系统三洋电机裂解反应器五、回收技术发展趋势综合处理成为回收利用技术的新方向，主要体现在两方面：1、在设计和制造的时候，就考虑到废弃物的回收和再利用。比如：采用热塑性复合材料制造叶片、研究采用竹纤维增强复合材料、研究采用生物基胶黏剂替代环氧树脂等；研究新的制造技术，减少制造过程废弃物的排放…….2、综合各种处理技术、实现资源的充分利用目前，国外先进的处理技术倾向于利用其他工业基础，综合使用以上方法，充分利用废弃物特点，同时回收能量、物质，最大程度的实现废弃物的回收和利用。如水泥窑炉处理技术等。水泥窑炉协同处理技术1料仓2干燥器3破碎机4除尘器5分析仪6辅助燃料7余热锅炉8预热窑9水泥熟料10产品A矿渣等B轮胎碎片废FRP等C废油等D炭等E副产品石膏等水泥处理技术工艺流程图该方法显著特点是：水泥窑炉燃烧温度为800℃至1500℃，物料在高温区域的停留时间在一小时左右，实现了难燃烧、难分解的组份的完全处理；复合材料废弃物中有机物转化成能源，无机物转化成原材料，实现了复合材料废弃物的资源化处置。无疑，复合材料回收利用技术将成为复合材料叶片制造行业可持续发展的关键！回收技术的研究和应用需要行业的支持和大家的共同努力！结语