熱解產生的液體和固體可壓縮產品含有不同等級的有機材料的混合物,如表3所示。油可作為燃料(熱值約為30MJ/kg)和作為化學原料。表4列出了聚酯復合材料熱解后的產品,可壓縮液體包括26%的苯乙烯,固體可壓縮產品是96%的鄰苯二甲酸酐,這些物質都是生產聚酯樹脂的有用原料。
熱解產生的固體廢料主要是玻璃纖維、碳纖維、礦物填料、和聚合物降解產生的碳。據報道,聚酯復合材料產生的固體廢料含有16%的碳。在第二階段,450℃的氧化工藝中,碳用來清潔玻璃纖維。這使纖維機械強度下降了50%,與其他研究人員的發現類似。用這些代替聚酯復合材料中原始短纖維的25%制成的復合材料,機械性能幾乎沒有下降。
2.3.2 碳纖維復合材料
日本一些實驗室研究了用熱解法回收碳纖維復合材料,該材料是以環氧和酚醛樹脂為基體的。研究工作主要集中在:在空氣中熱解,隨著加熱碳纖維性能的變化。實驗方法有些不確定,通常熱解在空氣流中發生。加熱被延長幾個小時,溫度分別為400℃、500℃、600℃,測量拉伸強度,并與原始纖維的進行對比。結果暗示,碳纖維復合材料在500℃熱解條件下,碳纖維拉伸強度幾乎沒有下降。然而,碳纖維在空氣中被加熱時,拉伸強度降低約25%。這可理解為,在沒有樹脂保護層時纖維氧化更嚴重。在600℃,碳纖維嚴重氧化,在熱解條件下碳纖維拉伸強度下降超過30%。

在美國粘接技術部門研究了環氧基碳纖維復合材料的催化熱解工藝。在低溫下熱解(200℃左右)時,催化劑和聚合物全都降解成低分子的液態和氣態的碳氫化合物,碳纖維基本上從樹脂中分離出來。評價了一維碳纖維和織物碳纖維制成的飛機材料和預浸處理材料碎片復合材料。將材料切碎后裝入邊疆的熱解反應器,反應5min。預浸處理材料有一層背紙,在熱解過程中背紙也完全被降解。回收的液體產品的組分列于表5中,表6中列出了氣體產品的組分,但沒有報道液體和氣體的比例。從環氧樹脂回收的化學組分希望用于生產樹脂的成分。表征了回收碳纖維的拉伸強度和表面化學性質,發現拉伸強度下降幅度為1~17%,表面分析結果是變化的。在一種情況下,回收碳纖維表面氧含量是83%,高于原始碳纖維的;在另一種情況下,表面氧含量下降約18%。在這兩種情況下,氧對原始碳纖維的粘接是相似的,因此,回收的碳纖維適合用于與復合材料中聚合物基體的粘接。有報道稱,將與波音合作進一步研究催化熱解工藝。


碳纖維復合材料的氣化工藝也進行了研究。在這個工藝里,碎片在600℃控制氧流速的條件下被加熱,聚合物轉變成短鏈碳氫化合物和氣體(H2和CO),碳纖維被回收再利用。在這個藝中,纖維上會留有一些聚合物殘渣,一般不超過10%。回收的纖維用于團狀模塑料中代替玻璃纖維,與玻璃纖維相比,拉伸強度有所提高(超過25%)。
目前,在丹麥正在研究采用熱解工藝和氣化工藝回收風機葉片。在這個工藝中,將風機葉片切割成1m長的碎片,裝入大批量反應器里,在抽直空條件下加熱;在熱循環結束時通入空氣,將碳氧化,以便回收干凈的玻璃纖維和填料。熱解產生的氣體和液體產品用作能源,回收的固體產品(玻璃纖維和填料)用作增強材料,其使用方法類似于從機械回收工藝中得到的纖維產品的處理。
3 討 論
熱回收工藝的優勢是能夠處理更多被污染的碎片復合材料。流化床工藝可產生干凈的纖維,但纖維與原始纖維的形式不同。因此,研發工作應明確材料應被再加工成低成本的產品,從熱解工藝中產生的纖維也是一樣的。回收的纖維上可能有不同等級的碳,限制了重新使用或需要進一步工藝進行回收。在原理上, 熱解工藝比流化床工藝更復雜,但能從聚合物中生產出有用的有機材料。這些需要進一步的工藝把它們從混合物中分離出來,在大規模上需要考慮成本效用。
4 結 論
熱固性復合材料的潛在回收工藝進行相當數量的研究,在這篇文章中描述了熱回收工藝的一些關鍵研究工作。除此之外,世界各地還沒有商業價值的復合材料回收活動,主要的市場結果是對生產復合材料回收品沒有一個合理的價格。現在歐洲立法要求回收路線要滿足復合材料,其它廢器的管理辦法不允許使用。歐洲復合材料工業響應歐洲復合材料回收思想,管是復合材料廢品,并鼓勵回收活動