复合材料的回收工作

复合材料的回收工作

关于使用拉挤材料的环境效益已经有很多讨论,但是在使用寿命结束时的产品呢?这些材料可以重复使用吗?

纤维增强聚合物 (FRP) 复合材料可以通过拉挤成型、纤维的研磨和热回收来回收然而,目前的做法可以生产出致密的部件,其强度几乎是塑料木材的两倍,与橡木板相当。

这篇文章将审视当前在回收、再利用和恢复方面所做的努力。

美国复合材料制造商协会 (ACMA) 与先进复合材料制造创新研究所 (IACMI) 合作 开发 了一种有效、可扩展的复合材料回收方法。该联盟与全球特种材料公司亚什兰欧文斯科宁合作,并在田纳西大学的支持下,设计了一种将废料和用过的复合材料排除在垃圾填埋场之外的工艺。

另一项努力来自美国化学理事会,该理事会对可持续发展的星球抱有远见。2017 年,理事会制定了两个雄心勃勃的目标来实现:

  1. 到 2030 年,100% 的美国塑料包装将可回收或可回收。
  2. 到 2040 年,100% 的美国塑料包装将被重复使用、回收或循环利用。

当复合材料的增长有望实现急剧上升的轨迹时,最近的可持续发展工作变得更加紧迫。参加 ACMA 2018 年第一届会议的与会者第一次听说致力于复合材料的回收利用。该工艺在风力涡轮机叶片、电子电路板和其他迄今为止回收工作落后的物品中具有潜在应用。 

为了帮助实现这些目标,制定了一套原则来指导其工作。在这方面,理事会制定 了再利用路线图,这是一项实现这些目标的计划,并推动塑料循环经济,其中这些材料尽可能长时间地使用,然后重新利用而不是被丢弃。

更复杂的是,由于对高性能材料的需求增加,全球复合材料行业正在增长。在市场和市场报告中,全球复合材料市场规模预计从 2020 年到 2025 年将以 8.8% 的复合年增长率 (CAGR) 增长,从 2020 年的 740 亿美元增长到 1128 亿美元。其玻璃纤维市场预测、研究和市场的进一步细分显示,玻璃纤维市场的复合年增长率 (CAGR) 为 4.27%,2019 年价值 14、1.9355 亿美元,到 2027 年增长到 198.3762 亿美元。

需求的增长是可以理解的,因为玻璃纤维具有出色的耐腐蚀性、更高的刚度和强度、高拉伸强度以及耐用性和耐高温性。这些纤维在汽车、建筑、船舶、风能、航空航天和国防等广泛的最终用途行业中得到应用。

许多复合材料的回收方法都是通过燃烧(热解)或化学溶解(溶剂分解)复合材料部件中的树脂来实现的,这样纤维就可以回收和再利用。其他回收和研究工作正在研究重新利用整个报废 (EoL) 复合材料部件的方法,以实现不同的目标,以便:

  • 尽可能多地保留原始纤维和树脂的机械性能;
  • 尽量减少加工成本;和
  • 减少回收过程的碳足迹

以下是这些努力的总结:

能量回收(焚烧法)。该方法旨在通过破碎和燃烧的综合方法将废弃物(玻璃钢材料)转化为水泥原料。在这个过程中,玻璃钢废料首先被粉碎成粒径为10毫米的粉末,然后被吹入水泥窑中作为燃料燃烧。剩下的可以用作水泥的原料。这种方法可以完全处理玻璃钢废料。

一部分玻璃钢废料转化为能量,可以降低燃料消耗,减少二氧化碳排放。由于窑内热量高,有害气体极少。没有有害气体污染空气的危险。

物理回收。玻璃钢废料被粉碎成不同粒径的粉末,用作建筑材料和热塑性塑料等复合材料的填料。这是一种低成本、简单的工艺,不会对环境造成二次污染。但是在制造微粉时,粉碎物料的成本相对较高。玻璃钢制品中添加微粉的缺点是添加量越多,制品强度越低。

化学回收。这种方法是将玻璃钢废料在无氧甚至超高真空环境中热解,将废料分解成不饱和聚酯原料、玻璃纤维和填料。不饱和聚酯原料和玻璃纤维可用于改造玻璃钢型材,填料可用于农业肥料以平衡土地的酸碱度,也可用作 复合材料的原料。这样,玻璃钢废料就可以得到再生,大大减少了环境污染。迄今为止,化学回收法被认为是最有前途的回收技术。

重新利用和热解。波兰的 Anmet 为制造公司提供金属回收解决方案。Andrzej Adamcio 是 Anmet 的首席执行官,他在为报废复合材料风力涡轮机叶片提供回收解决方案方面找到了一席之地。利用他在金属回收方面的经验,他致力于研究回收玻璃和碳纤维复合材料叶片的方法。目前,风力叶片回收是该公司的主要关注领域之一,也是未来增长的主要领域。

与此同时,在荷兰,Van Wees(制造商)和 Crossply Technology 的专家发现,可以通过创建基于芯片的层压板来实现重复使用额外的热塑性塑料饰边。通过这个过程,可持续性收益是显着的。基于芯片的回收材料可以提供由类似纤维和树脂制成的连续纤维交叉层板的一半的弯曲强度。

在这种零废物制造过程中产生的新产品生产出对建筑和汽车行业有用的零件,例如内饰板和门把手。这一发现可能对拉挤成型或其他热固性复合材料几乎没有直接影响,但它确实表明正在调查该领域的工作,并且一种材料的发现可能会导致另一种材料的发现。

随着技术的不断创新,拉挤成型产品正在形成积极的性能历史和生态形象。随着人们对回收产品的好处的认识不断提高,该行业也将如此。

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