18复合材料的回收与再生技术.ppt

1、 School of Materials Science and Engineering 复合材料制备新技术复合材料制备新技术 复合材料的回收与再生技术复合材料的回收与再生技术 主讲：主讲：梅启林梅启林 单位：材料学院单位：材料学院School of Materials Science and Engineering复合材料的回收与再生技术复合材料的回收与再生技术1.复合材料回收与再生的必要性复合材料回收与再生的必要性2.复合材料和塑料制品回收与再生现状复合材料和塑料制品回收与再生现状3.复合材料的回收技术复合材料的回收技术4.复合材料的再生技术复合材料的再生技术School of Mater

2、ials Science and Engineering1、回收与再生的必要性、回收与再生的必要性 复合材料以轻质高强，耐腐蚀等优异性能，被广泛应复合材料以轻质高强，耐腐蚀等优异性能，被广泛应用于各行各业。然而，伴随复合材料的高强、耐腐蚀性，用于各行各业。然而，伴随复合材料的高强、耐腐蚀性，也使复合材料的废弃物的处理变得非常棘手。特别是热固也使复合材料的废弃物的处理变得非常棘手。特别是热固性复合材料废弃物对环境的污染引起人们的广泛关注。热性复合材料废弃物对环境的污染引起人们的广泛关注。热固性复合材料的废弃物主要来自生产过程中的残次品、边固性复合材料的废弃物主要来自生产过程中的残次品、边角料及丧

3、失功能的复合材料制品。显然，热固性复合材料角料及丧失功能的复合材料制品。显然，热固性复合材料废弃物品种、产量越多，其废弃物越多废弃物品种、产量越多，其废弃物越多。School of Materials Science and Engineeringn 据据统统计计，全全世世界界的的复复合合材材料料的的年年产产量量超超过过500万万吨吨，其其废废弃弃物物达达100万万吨吨，回回收收利利用用率率为为10。我我国国还还没没有有这这方方面面的的统统计计，但但从从中中国国玻玻璃璃钢钢工工业业协协会会统统计计的的2001年年我我国国玻玻璃璃钢钢复复合合材材料料45万万吨吨的的年年产产量量分分析析，这这个个

4、数数字字也也不不会会小小，而而且且我我国国80左左右右的的复复合合材材料料制制品品为为手手糊糊生生产产，生生产产中中产产生生 的的 废废 弃弃 物物 更更 多多，且且 回回 收收 利利 用用 率率 尚尚 属属 空空 白白。2、复合材料回收现状、复合材料回收现状School of Materials Science and Engineeringn目前，我国对热固性复合材料废弃物的处理主要采取目前，我国对热固性复合材料废弃物的处理主要采取填埋和焚烧填埋和焚烧。填埋。填埋原则上选择在山沟或荒地，也有些单位采取就近掩埋。这种方法造成土原则上选择在山沟或荒地，也有些单位采取就近掩埋。这种方法造成土壤的

5、破坏和大量土地的浪费。焚烧一般采用直接燃烧，这种方法比较简壤的破坏和大量土地的浪费。焚烧一般采用直接燃烧，这种方法比较简单，不会造成土地浪费，但由于燃烧中产生大量毒气，造成环境污染。单，不会造成土地浪费，但由于燃烧中产生大量毒气，造成环境污染。有关我国处理热固性复合材料废弃物的其它方法尚未见文献报道。有关我国处理热固性复合材料废弃物的其它方法尚未见文献报道。n在工业发达国家，特别是在欧洲，热固性复合材料回收利用技术日益受在工业发达国家，特别是在欧洲，热固性复合材料回收利用技术日益受人关注。各有关大公司共同投资、联合建厂，政府资助。回收加工厂多人关注。各有关大公司共同投资、联合建厂，政府资助。回

6、收加工厂多以粉碎和热解法技术为主，已具备一定的规模，技术日趋成熟。其主要以粉碎和热解法技术为主，已具备一定的规模，技术日趋成熟。其主要研究方向大致分为两个方面，一是研究非再生热固性复合材料废弃物的研究方向大致分为两个方面，一是研究非再生热固性复合材料废弃物的处理新技术；二是开发可再生、可降解的新材料。处理新技术；二是开发可再生、可降解的新材料。School of Materials Science and Engineering3.复合材料的回收技术复合材料的回收技术 1.1.热固性聚合物基复合材料的回收热固性聚合物基复合材料的回收2.2.热塑性聚合物基复合材料的回收热塑性聚合物基复合材料的回

7、收3.3.金属基复合材料的回收金属基复合材料的回收School of Materials Science and Engineering1.热固性聚合物基复合材料的回收热固性聚合物基复合材料的回收n热固性聚合物基复合材料目前产量最大，其废品主要有三种来源：生产过热固性聚合物基复合材料目前产量最大，其废品主要有三种来源：生产过程中的边角料，特别是尚未完全固化的预浸边角料；使用后的废弃物；不程中的边角料，特别是尚未完全固化的预浸边角料；使用后的废弃物；不合规格的废品。回收方法有机械回收和化学回收。合规格的废品。回收方法有机械回收和化学回收。不管采用那一种回收方不管采用那一种回收方法法(如图如图1

8、1所示所示),),固化的热固性复合材料必须首先切碎成可用的块状。一般固化的热固性复合材料必须首先切碎成可用的块状。一般开始时将其切成约为开始时将其切成约为5 52020的块状的块状,以后是否需进一步切小取决于以后是否需进一步切小取决于最终的用途。采用化学回收法最终的用途。采用化学回收法,即高即高回收过程如下图所示。回收过程如下图所示。School of Materials Science and Engineering（1）机械回收）机械回收 机机械械回回收收是是先先把把待待回回收收物物粉粉碎碎成成100mm100mm2 2左左右右的的碎碎片片（化化学学回回收收同同样样需需要要），然然后后用用

9、不不同同的的机机械械设设备备制制成成粒粒料料或或粉粉末末。这这些些粒粒料料和和粉粉末末可可作作为为复复合合材材料料的的填填料料，达达到到回回收收的的目目的的。粉粉碎碎机机械械的的类类型型及及作作用用原原理理如如表表8 81 1所所示示。粉粉碎碎得得到到的的粒粒子子粒粒径径不不等等，一一般般在在13um-40um13um-40um，其其中中以以喷喷气气磨磨机机较较细细。回回收收的的复复合合材材料料细细粒粒密密度度比比CaCO3CaCO3填填料料小小3030左左右右，是是取取代代CaCO3CaCO3填填料料的的佳佳品品。实实验验证证明明，回回收收粒粒子子作作为为填填料料，在在1515含含量量以以下

10、下对对复复合合材材料料性性能能影影响响不不大大。以以SMCSMC碎碎粒粒回回填填到到SMCSMC原原材材料料中中压压制制出出的的复复合合材材料料的的力力学学性性能能见见表表8 82 2。可可见添加回收料后力学性能没有明显降低。见添加回收料后力学性能没有明显降低。School of Materials Science and Engineering 表表81 粉碎机类型及作用原理粉碎机类型及作用原理 粉碎机类型粉碎机类型 粉碎原理粉碎原理滚筒式压轧机滚筒式压轧机压力粉碎压力粉碎高速滚压机：气流冲击型冲击压高速滚压机：气流冲击型冲击压碎机空气流分离型冲击磨碎机碎机空气流分离型冲击磨碎机冲击力压力粉

11、碎冲击力压力粉碎冲击力研磨作用冲击力研磨作用球磨机球磨机冲击力研磨作用冲击力研磨作用喷气磨机：气流冲击型喷气磨机：气流冲击型 冲击平板型冲击平板型粉碎粒子间研磨粉碎粒子间研磨冲击板冲击粒子研磨冲击板冲击粒子研磨切割机切割机剪切力剪切力碎石机碎石机平面间压力压碎平面间压力压碎School of Materials Science and Engineering表表82 在在SMC原材料中添加回收粒料后的力学性能原材料中添加回收粒料后的力学性能 材料材料浸渍性能浸渍性能 密度密度（g/cm3)g/cm3)抗弯强度抗弯强度（MPa)MPa)弯曲模量弯曲模量（GPa)GPa)未加回收填料未加回收填料加

12、入加入5 5回收填回收填料料加入加入1010回收填回收填料料加入加入1515回收填回收填料料加入加入2020回收填回收填料料 良好良好 良好良好 良好良好 良好良好良好良好1.81.8 1.77 1.77 1.741.74 1.72 1.72 1.69 1.69 187187 182 182 184184 181181 170170 1.021.02 1.03 1.03 1.001.00 0.980.98 0.880.88School of Materials Science and Engineering（2）化学回收）化学回收 初步粉碎的热固性聚合物基复合材料可以通初步粉碎的热固性聚合物基

13、复合材料可以通过化学方法分解成为气态、液态和固态物质，分过化学方法分解成为气态、液态和固态物质，分别进行回收。化学方法通常有热裂解法、反相气别进行回收。化学方法通常有热裂解法、反相气化法和催化裂解法等。化法和催化裂解法等。School of Materials Science and Engineering（1）热裂解法）热裂解法 裂解法可以得到低分子量的烷烃、烯烃和裂解法可以得到低分子量的烷烃、烯烃和COCO、H H2 2等等气体以及类似原油的液体，固体残渣为破碎的纤维、气体以及类似原油的液体，固体残渣为破碎的纤维、填料和焦炭。裂解开始需要引入天然气或丙烷作为加填料和焦炭。裂解开始需要引入天

14、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，将产物热反应器的原料，一旦有气体裂解即可切换，将产物改作燃料。改作燃料。据报道，这种工艺在经济上是可取的，其裂解的据报道，这种工艺在经济上是可取的，其裂解的液态产物组分与石油相近但价格较便宜，可作为燃料液态产物组分与石油相近但价格较便宜，可作为燃料使用。固体残留物经过粉碎筛选作为填料使用，其成使用。固体残留物经过粉碎筛选作为填料使用，其成本并不比直接机械粉碎高，而且增强效果很好。图本并不比直接机械粉碎高，而且增强效果很好。图8 81 1为热解流程示意图。该流程既适用于热固性基体复合为热解流程示意图。该流程既适用于热固性基体复合材料，也能用

15、于热塑性基体复合材料。材料，也能用于热塑性基体复合材料。School of Materials Science and Engineering图图81 聚合物基复合材料的回收装置及产物聚合物基复合材料的回收装置及产物复合材料废料复合材料废料切碎机切碎机反反应应室室气体分配器气体分配器气体贮槽气体贮槽液化石油气液化石油气化学品化学品冷凝器冷凝器气液分气液分离器离器碳氢化合物贮槽碳氢化合物贮槽 精精制制装装置置取暖燃料取暖燃料化学原料化学原料液化石油气液化石油气汽化器燃料汽化器燃料煤油煤油柴油柴油固体废渣纤维贮存器固体废渣纤维贮存器填料填料制备复合材料制备复合材料School of Materia

16、ls Science and Engineering（2）反相氧化法）反相氧化法 反相氧化法也称气相法，是一种氧化分解的反相氧化法也称气相法，是一种氧化分解的方法，在氧的作用下复合材料中的聚合物基体分方法，在氧的作用下复合材料中的聚合物基体分解为低分子碳氢化合物和解为低分子碳氢化合物和COCO和和H2H2，使之与增强体，使之与增强体分离。此法对碳纤维增强环氧体系最为有效。它分离。此法对碳纤维增强环氧体系最为有效。它除回收燃油和燃气外，还较好的回收了纤维。纤除回收燃油和燃气外，还较好的回收了纤维。纤维的结构并未破坏，仅在表面上残留了维的结构并未破坏，仅在表面上残留了1010的树的树脂，用来制造新的块状模塑料及增强水泥，均得脂，用来制造新的块状模塑料及增强水泥，均得到满意的效果。如果将复合材料碎片用水浸湿则到满意的效果。如果将复合材料碎片用水浸湿则有助于提高回收率。因为水使氧气流的短路通道有助于提高回收率。因为水使氧气流的短路通道堵塞，提高氧化效率，同时水还有催化氧化的作堵塞，提高氧化效率，同时水还有催化氧化的作用。用。School of Materials Science and Eng