01全球废弃物处理问题
1.1 SMC模压工艺增长
随着全球经济的蓬勃发展,SMC模压工艺在近年来呈现出迅猛的增长势头,其年增长率高达20%至25%。这一工艺所产出的SMC制品,在轨道交通、汽车制造、建筑以及电子/电气等多个领域均有着广泛的应用。
1.2 废弃物来源和挑战
然而,伴随着这种繁荣景象,SMC制品及生产过程中产生的大量废弃物问题也逐渐浮出水面。这些废弃物主要来源于生产过程中的边角废料和不合格品,以及使用阶段报废的产品。这些废弃物的过度堆积不仅对环境构成了严重威胁,还受到了全球范围内环保法规的严格约束。
1.3 国外回收利用技术
面对这一挑战,世界各国,特别是发达国家,已经开始着手研究玻璃钢废弃物的回收利用技术。例如,美国在20世纪80年代就已着手开展热分解回收方法的研究;而日本则于1990年成立了专门的玻璃钢再资源化处理委员会,并设立了多个技术分会,同时制定了多项相关法令政策以推动回收利用事业的发展。欧美国家也确立了以“节约资源、再利用、再资源化、最终处理”为核心的玻璃钢废弃物处理策略。在这些努力下,各国政府和企业投入了大量资源,成功开发出热解回收法、粉碎回收法等多种回收方法,并配备了专用设备,为玻璃钢废弃物的有效处理提供了技术支持。
02国内的现状与挑战
2.1 处理现状
相比之下,国内在热固性复合材料废弃物的处理方面仍显得力不从心。目前,主要的处理方式仍然是简单的填埋和焚烧,这两种方法不仅效率低下,而且对环境和经济都带来了不小的负担。填埋方法导致土壤破坏和土地浪费,而焚烧过程中产生的大量废气更是对环境造成了严重污染。
2.2 回收处理的急迫性
面对日益严峻的环保要求和日益增长的热固性复合材料废弃物数量,如何有效地解决这一问题已成为制约我国玻璃钢/复合材料行业持续发展的关键难题。
03热固性复合材料的再生利用途径
3.1 物理、化学与能量回收
对于SMC/BMC制品,存在三种可行的回收技术:物理循环、化学回收以及能量回收。物理循环主要是指直接利用废弃的树脂基复合材料制品,通过粉碎或切割成特定形状后,作为填料或增强材料使用,而不会改变其原有的化学性质。但需注意,热固性复合材料在固化后无法通过热和压力重新塑形,因此物理循环方法的关键在于将废弃材料进行适当的处理。化学回收则涉及高分子材料的清洗、粉碎、干燥,并通过化学处理将其转化为有用的化工原材料或油品。能量回收则适用于那些无法通过其他方法加工的混合塑料或残留物,通过燃烧释放能量。
3.2 热解法
热解法是在无氧环境下,通过高温使热固性复合材料废弃物分解,产生燃气、燃油和固体回收物。这些回收物均可进一步利用。此方法回收效果较好,但设备要求高、难度大,建厂和回收成本也相对较高。
3.3 粉碎法
粉碎法是将玻璃钢废弃物粉碎成微粒作为填料使用。此方法成本较低、处理简单,但微粉生产时的粉碎成本较高。此外,由于原料限制和玻璃纤维的卷曲结球问题,该方法回收利用率较低。
3.4 焚烧法
传统的焚烧法不同于简单焚烧,它是在专用焚烧炉中处理含有有机物的废弃物,将燃烧热量转化为其他能量。然而,由于焚烧炉造价高昂,处理费用可达2000元/吨。同时,热固性玻璃钢中有机物含量较低,燃烧放热少,灰分无法再利用,只能填埋,因此该方法未得到广泛应用。
3.5 日本创新技术
近年来,日本创新地开发了一种玻璃钢焚烧联助水泥生产工艺技术。该技术巧妙地将玻璃钢废弃物转化为水泥生产的燃料和原料。具体而言,废弃物首先被粉碎成粒径为10mm的粉末,随后被吹入水泥窑炉内进行燃烧。燃烧后的残渣则被充分利用,作为水泥生产的原料。此技术的突出优势在于能够实现对玻璃钢废弃物的完全处理,达到100%的回收率。此外,该技术还能将部分废弃物转化为能源,从而减少对传统燃料的需求。更令人欣喜的是,由于窑内的高温环境,该技术几乎不产生有害气体,有效避免了有害气体对空气的污染。
04SMC/BMC复合材料破碎技术
4.1 破碎设备和方法
在FRP产品的回收过程中,粉碎是首要步骤,其目的是将产品加工至所需尺寸。然而,由于再利用方法的不同,对粉碎的要求也会有所差异。因此,单一的粉碎设备往往难以满足需求,需要结合配套设备和分级处理来达到理想效果。主要涉及的配套设备包括废弃物清洗线、切割机、输送机、破碎机、微粉机、除静电装置以及收尘装置等。
4.2 低温破碎技术
低温破碎技术是在低温环境下进行,利用材料在低温环境下脆化、易于破碎的特性,对FRP废弃物进行低温破碎处理。相较于常温破碎,低温破碎具有显著的优势:首先,不同材料的脆化温度各异,因此在相同的操作温度下,各种材料的破碎程度会有所不同,但同一材料的破碎粒度却非常均匀;其次,低温破碎后的物料形状更利于后续工序的处理。液氮作为冷却介质被广泛使用,其制冷效果好、无毒无害、资源丰富且易于获取,但其高昂的费用限制了低温破碎技术的推广应用。

05再生利用实例
5.1 热裂解产物的再生利用
SMC汽车研究协会指出,经过热裂解后,SMC的固体副产物可以被有效回收,其成本甚至低于物理回收。此外,热裂解法特别适用于处理被污染的废弃物,例如含有油漆、粘接剂或混杂材料的热固性复合材料部件。在热裂解过程中,金属异物能够从固体副产物中有效去除。因此,热裂解法在复合材料回收领域具有广阔的应用前景。
5.2 玻璃纤维回收
在热裂解过程中,玻纤作为一种增强材料,通过热裂解,我们可以有效地回收这些玻纤,实现资源的再利用。这种回收利用的方式不仅有助于减少废弃物的产生,还能为相关产业提供一种新的原料来源,推动循环经济的发展。
5.3 填料应用
回收填料的主要成分为CaCO3。在300℃时,热裂解固体中仍残留有机物,但在400-700℃范围内,有机物已完全分解,固体残留物主要由玻纤和CaCO3组成,并含有约4%的类似焦炭的含碳产物。用回收填料制备的SMC平板在物理性能和外观质量上与常规SMC配方相当,具备良好的应用前景。

06未来研究方向和应用前景
6.1 配方及性能研究
在深入研究SMC废弃物回收粉料的应用过程中,我们特别关注了3260GF对其制品性能的影响。通过一系列实验,我们发现,随着3260GF添加量的增加,制品的收缩率呈现出一定的变化趋势。这一发现为我们提供了优化制品性能的新思路。未来研究重点在于配方及性能研究,通过优化设计减少废弃物产生,实现环境保护与行业发展的协同进步。

