过去,废旧复合材料主要采用焚烧处理,后来其回收利用主要用作粉末填料,但最近人们利用裂解法裂解聚合物复合材料,使有机聚合物裂解生成油状烃化合物、气体等,残留的纤维也可用于复合材料的再生产。
复合材料解体要经裁剪(切断)、破碎、粗碎(粒径2?10mm)、细碎,甚至微粉碎(粒径>200目)后,再加以利用。解体可用油压式压碎机压坏,也可用爆破技术。切断可用回转刀等技术切断,一般尺寸为1?2m;破碎是将1m左右的废料破碎成15cm左右的加工碎粒。这里主要介绍废旧的玻璃纤维增强塑料(GFRP)回收利用。
GFRP材料的回收利用有几种方法:①将FRP材料如SMC或BMC(片状模塑料或团状模塑料)废料粉碎,在SMC和BMC模压料中用作填料或用在热塑性塑料配方中作填料;②将废料进行化学回收利用,如把SMC等废料进行裂解,回收油和填料。
1.物理回收方法
SMC经粉碎可以用作热固性树脂或热塑性树脂的增强材料或填料。当100%原始填料或增强材料被回收SMC替代时,制得的复合材料的力学性能要比标准复合材料的性能差,但在某些场合是可以使用的。优化配方或优化加工过程,如粒状SMC用偶联剂上胶,可以改善复合材料的性能。
回收SMC可再用在SMC中。用粉碎SMC(微粉)替代部分CaCO3,可见粉碎料完全可以部分替代CaCO3,产品的最终性能没有太大变化。
回收的SMC废料也可用在BMC中。固化的SMC废料被粉碎成粒子,根据粗细不同(粗9.5mm,细4.8mm)混入BMC配方中,可替代10%?20%标准填料。可见拉伸强度和模量有较大的损失,加粗粒SMC填料的损失更大。冲击强度也受填料的影响。
粉碎的SMC也可以加入到聚乙烯和聚丙燔中,量可达50%。可见拉伸模量、弯曲模量都有提高,热变形温度有较大提高,缺口冲击强度有所改善。用短纤维增强PP作为对比,后者的热变形温度大大提高,缺口冲击强度、拉伸模量成倍提高,这说明SMC粒子在PP中仅作填料,而不是作增强料。
若将SMC废料粉碎成更小的粒子(30μm),可以用于替代SMC配方中的碳酸钙。每100份树脂可加到88份细粉末,但黏度要求所加的量不能太高。在低份量时,SMC的性能不受影响;在高份量时,一些性能有所降低,但影响不是非常严重;当用量高于30%时,表面质量将受影响。例如印刷电路板通过分离铜材料后,粉碎成各种尺寸的粒子,可用于热塑性塑料的填料。
2.化学回收方法
SMC裂解产物有气体、液体和残留物。裂解气可直接用于燃烧,液体可作汽油和燃油,残留物可用于BMC作部分填料。裂解温度在400?600℃之间比较好,温度低获得的液体具有低热值;温度高易使CaCO3分解产生CaO。若要利用残留物,就不要让其生成CaO,因为CaO用在BMC中树脂会增黏,不易加工。在BMC中加适量的回收SMC(残留物),不影响BMC材料的性能。
环氧树脂复合材料的回收利用是将复合材料煅烧,除去树脂,留下增强体再用于复合材料。例如,把电路板(玻纤/环氧)的铜除去(滤去)之后进行煅烧,以除去环氧黏合剂,得到无树脂的玻璃纤维布,这些纤维切成一定长度的短纤维,可用于热固性聚酯树脂作增强体。如用15%长度为10.2mm的回收纤维增强,制造的复合材料的拉伸和弯曲强度可分别达到25.OMPa和81.3MPa,与新纤维增强的复合材料性能相当。