复合材料应用于汽车行业最早始于1953年。55年来,复合材料在汽车行业中的应用保持着持续增长的发展势头,并且这种发展趋势还将继续。复合材料在汽车行业中的用量之所以会持续增长,是因为它具备了许多优异的性能,如:强度高、重量轻和耐腐蚀。此外,与铝材和钢材相比,其加工成本更低、设计灵活性更强,且更容易成型。总之,复合材料是汽车行业替代金属材料的一个很好的可选项。然而,事实上,汽车制造领域其制作材料并没有完全直接从金属材料转换到复合材料,尤其在大批量生产的汽车方面,复合材料的应用还很有限。这是因为,有许多和复合材料使用相关的技术问题仍然没有很好地得到解决,其中包括准确的材料定性、生产、油漆、维修、与金属材料的连接以及回收等问题。尽管近年来世界上复合材料的新材料、新工艺和新技术不断涌现,从而在很大程度上使上述问题得到了改善,促进了复合材料在各类汽车中的广泛应用,但不可否认的是,复合材料在汽车上的广泛应用、特别是在中国汽车行业中真正意义上的广泛应用,仍然存在应用技术方面的各类问题,需要我们去关注、研究、探讨和实践。
出于经济和环保的原因,回收工艺在汽车行业中的应用已有很长的历史。早期的汽车,如轿车、客车和卡车等,由于使用的几乎全是金属,因此回收方法主要是将废旧的金属部件熔化掉,以再次利用。这种回收方法对于金属材料来说是相当理想的。通过熔化处理,金属部件可以成为新的材料。但遗憾的是,汽车复合材料却不能像金属材料这样回收,这就是人们常问及的问题:汽车复合材料是否属于可回收的材料?如果是,怎样才能方便地对其进行回收?
众所周知,汽车复合材料包括热固性和热塑性材料两大类,其中热塑性汽车复合材料可以通过再熔化进行回收利用,这已为大家所熟知。实际上,人们更多关注的是热固性汽车复合材料的回收和再利用问题。在此需要明确的是,热固性汽车复合材料同样属于可回收的材料,这在汽车复合材料应用最为发达的美国、欧洲等国家早己有定论,只是热固性汽车复合材料因为具有化学、热力学和机械稳定性较高的特点,一方面使它们成为汽车许多应用领域的首选材料,另一方面也存在着其回收有一定困难的客观事实。热固性汽车复合材料不像传统金属材料和热塑性汽车复合材料那样,可以通过简单再熔化的方式来回收,它们必须用不同的回收方法进行处理。
针对热固性汽车复合材料的处理和回收,人们通过不断的探索和实践,已研发出了多种回收处理技术,其中为行业普遍接受的回收处理方法有3种:热解法、粉碎法和焚烧法。
1、热解法
热解法又称为“化学回收处理法”。简单地讲,热解法是在无氧的环境中加热,将有机物质有控制地热分解成可回收的一种或多种物质的方法。热固性汽车复合材料热解处理的一般过程为:先将废旧的热固性汽车复合材料制品切割成50mm×50mm大小的碎块,用水蒸气蒸煮后,置于热解炉中处理。结果显示,热固性汽车复合材料在处理系统中很容易被蒸馏,苯乙烯-聚酯树脂基材料很快挥发而转变为可燃气体和可燃油。这样,有机物质便完全从玻璃纤维和CaCO3中分离出来。热解法处理后,即得到3种可回收物质,包括:热解气、热解油和固体副产物。
2、粉碎法
粉碎法又称为“物理回收处理法”,是一种直接利用废旧热固性汽车复合材料,而不改变其化学性质的一种回收方法,也是目前最直接、最有效的方法。其处理一般过程为:先将废旧的热固性汽车复合材料切成50mm×20mm大小的碎块,并通过除铁处理,然后用锤磨机对碎块进一步粉碎,粉碎后的粉料通过二级气旋式分离器进行分级分理,粗料重回锤磨机再粉碎,粉料进入振动筛进行分级处理。接着,将各种不同颗粒直径的粉料分别贮存于相应的收集箱内,供各种不同应用场合再利用。通常,粉碎法的效果较好,效率较高,实用性也强,可以制成大至9.5mm的有用颗粒粗料,也可制成小至200目(60μm)或更细的粉状填充料。图10所示为通过粉碎法回收的粉状填充料。
3、焚烧法
焚烧法又称为“能量回收法”,是一种将废旧热固性汽车复合材料作为燃料进行焚烧,以获取能量的回收方法。其处理一般过程为:先将废旧的热固性汽车复合材料粉碎为粒径10mm大小的粉末,然后吹入水泥窑炉内,作为燃料燃烧,从而以能量的方式对其进行回收。焚烧中,交联的聚酯可产生热能,而经煅烧的灰分可作为水泥原料使用。这种方法的特点是:把废旧热固性汽车复合材料的一部分转化成能源,可以减小部分燃料用量,也减少了CO2的排放。另外,由于窑炉内温度高,产生的有害气体极少,因而不存在有害气体污染空气的问题。通常,经煅烧的灰分与水泥的化学成分相同,因而完全可作为水泥原料使用。显然,焚烧法能将能源利用和材料回收结合起来,从而对废旧热固性汽车复合材料一次性全部回收,因此具有很好的推广价值。
通过上述3种回收处理方法的介绍,我们可以更加明确地知道,汽车复合材料部件不仅是可以回收的,而且其回收技术没有任何障碍。根据国外回收处理的经验,汽车复合材料回收存在的最大问题是回收后材料的最终使用以及成本方面的问题,这些问题需要我们今后认真去研究和关注。