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淺談復合材料的回收利用方法

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樹脂基復合材料以比強度高、比模量高、抗疲勞斷裂性能好、耐化學腐蝕、耐候性好等優點,在航空工業、汽車工業及風電產業得到廣泛應用。尤其在風電產業,大功率風電葉片基本都由樹脂基復合材料制造成型的。風電產業在過去幾年經歷迅猛發展,也意味著將來會集中退役,葉片具有的巨大結構尺寸、復合材料高強性能和耐化學腐蝕等特點,給回收處理增加了難度。目前,樹脂基復合材料回收方法主要分三種:物理回收法、熱解回收法、溶液回收法。

物理回收法

機械粉碎回收法作為較早被研究的一種物理回收方法,主要依靠機械設備,通過機械力將復合材料碾碎、壓碎或切碎,獲得尺寸不一的塊體顆粒、短纖等物質。該方法具有工藝簡單、不產生污染物等特點,在不影響材料性能的前提下,回收的塊體顆粒可作為填料適量加入其它材料中。

北京玻璃鋼研究院徐佳等人對粉碎回收料尺寸及應用范圍進行總結。尺寸>25×25mm的粒子可用于建材,如廢紙制造的紙板、輕型水泥板、農用地面覆蓋材料和隔音材料等; 尺寸在3.29.5mm的粒子可用于屋頂瀝青和混凝土的填料、鋪路材料補強劑等;<60μm的粒子可用于片狀模塑料、團狀模塑料和熱塑性塑料填料等。雖然物理回收方法操作簡單,可以回收不同類型的復合材料,但纖維受到破壞較大,無法得到長纖維。

熱解回收法

熱解回收法大體可分兩種,一種是只涉及能量回收的焚化或燃燒,將粉碎的復合材料顆粒焚燒處理,把燃燒的熱量轉化為其它形式的能量使用,該處理方法簡單,但生產成本高,廢棄物燃燒容易放出有毒氣體,而且燃燒后灰分填埋會對環境造成二次污染。

另一種是在空氣或惰性氣體環境中利用熱量使樹脂降解的方法。回收過程充分利用降解產生的熱量,不僅能得到表面干凈的纖維,還能得到有機液體燃料,如熱解油。但如果回收條件控制不好的話,廢氣中會摻雜污染物,且回收的纖維受到高溫作用,其機械性能也會受到較大影響。總的來說,熱解法技術難度大,對回收設備要求高,回收費用較高。

溶劑回收法

溶劑法是在一定壓力和溫度的條件下,通過溶劑(如硝酸、高沸點的醇或胺、超/ 亞臨界流體等)作用使樹脂分子鏈發生降解或解聚,而達到回收再利用的目的。該方法能較好分解基體樹脂而不損傷纖維性能,但是設備造價高,設備耐腐蝕性、抗氧化性等要求也比較高,且溶液后處理也較復雜。

以上每種回收方法都有優點,也有不可回避的缺點,有些方法還停留在試驗室階段,由于葉片不同部位結構各異,不同葉片所用基體樹脂也千差萬別,沒有任何一種方法能完美解決葉片回收問題,必須根據葉片結構和材料特點,采用合適的回收方式。根據風電行業的發展軌跡,葉片回收利用將成為風電產業的一個新的環節,也將成為風電產業可持續發展的關鍵。


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