6 FRP葉片的材料回收與更新近況

6.1 概 述

熱固性樹脂(如：環(huán)氧樹脂等)固有的重要本性是：固化后成為不溶不熔、網(wǎng)狀、體形結(jié)構(gòu)，堅(jiān)硬且受熱不再變軟，不可回收，成為一個(gè)嚴(yán)重污染源——當(dāng)今世界亟待攻克的環(huán)保課題之一。纖維增強(qiáng)熱固性樹脂(FRP俗稱玻璃鋼)里含有大量(約30%)熱固性樹脂，因而具有上述污染性能。從環(huán)保、長遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，熱固性樹脂、FRP的發(fā)展前景黯淡，純屬“夕陽材料”;惟有熱塑性樹脂、FRTP才是發(fā)展方向!

當(dāng)今風(fēng)電業(yè)突飛猛進(jìn)，眼下世界風(fēng)電量是1980年的10倍;同時(shí)，風(fēng)電葉輪直徑超過60m，增長了8倍。風(fēng)力機(jī)葉片的材料消耗量很大，例如：按風(fēng)力機(jī)裝機(jī)容量計(jì)算，每KW的葉片材料重量為10kg;按風(fēng)力機(jī)輸出功率計(jì)算，每MW的葉片材料重量為10t(原文的數(shù)據(jù)：每7.5MW的葉片材料重量為75t)。Albers預(yù)計(jì)：2034年世界回收葉片材料約22.5萬t/a。另一專家預(yù)測：2040年世界回收纖維增強(qiáng)復(fù)合材料約38萬t/a。

風(fēng)電業(yè)起步較晚，再有FRP葉片的有效服務(wù)期為20～25年。因此，目前絕大部分葉片離退役還早呢!然而，未雨綢謀，一些發(fā)達(dá)國家眼下就進(jìn)行了許多關(guān)于FRP葉片的材料回收與更新的研究、探討。實(shí)踐說明，回收纖維不應(yīng)再充當(dāng)葉片的增強(qiáng)纖維，因?yàn)楹笳叩男阅芤髽O高、苛刻。報(bào)廢FRP葉片大致分為兩大類：①葉片生產(chǎn)、運(yùn)輸、倉貯、運(yùn)行過程中產(chǎn)生，又修復(fù)不好的次品;②到期退役的葉片。目前，世界范圍內(nèi)廢FRP葉片的量還很小，例如：目前丹麥每年廢FRP葉片僅500t/a [注],可見一般([注：] 目前丹麥每年廢FRP總量約5 000t/a, 其中來自FRP行業(yè)報(bào)廢的4 000t/a、廢FRP葉片500t/a、廢玻纖500t/a。)!顯然，目前FRP葉片市場尚處于孕育、培養(yǎng)過程中;也沒有適用于全歐洲的有關(guān)回收FRP葉片的法律。有專家預(yù)測：15～20年后將出現(xiàn)FRP葉片報(bào)廢、回收高峰期。
 

6.2 FRP葉片回收工藝

FRP葉片回收工藝大致有三種：填埋法、焚化法和回收法。

6.2.1填埋法

直接把廢FRP葉片埋到地下。簡單易行，成本極低，但占據(jù)地盤(土地不可再生)，污染源依然如故，只不過被一層薄土掩蓋住了而已。因此2005年6月德國頒布了禁止填埋FRP的法令。當(dāng)今丹麥大部分廢FRP葉片都填埋掉。1995年丹麥通過了禁止填埋、丟棄汽車輪胎的法律，于是回收廢輪胎行業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。該國人民呼吁將該法律套用到廢FRP上，但政府卻答復(fù)：這難題讓市場去解決吧!

6.2.2 焚化法

把廢FRP葉片焚燒掉(如：在熱電廠焚燒)。所產(chǎn)可燃物質(zhì)可用于發(fā)電和回收熱能，產(chǎn)的殘?jiān)始s60%，殘?jiān)械牟＠w可作FRP填料。

6.2.3 回收法

回收法可分為物理回收和化學(xué)回收。

(1)物理回收

2003～2005年歐洲有的研究單位進(jìn)行了機(jī)械回收FRP(包括FRP葉片)研究：把FRP研磨碎，回收纖維被再利用。丹麥Erik Grove-Nielsen公司機(jī)械回收FRP：擠壓廢FRP，回收纖維的拉伸強(qiáng)度不會降低。

REACT國際協(xié)會設(shè)計(jì)、研制能加工出理想規(guī)格纖維的(fit-for-purpose-size-reduction)混雜纖維梳散機(jī)(a hybrid shredder),其產(chǎn)量約2.5t/d。其原理、工序是：①用錘猛擊廢FRP，使樹脂與纖維剝離，確保纖維(指回收纖維，下同)長15～25mm，且內(nèi)傷最小(“minimal internal damage”);②纖維再生工藝(a reactivation)：用新化學(xué)粘結(jié)劑處理纖維表面，從而提高它與新基材的粘結(jié)性能;③清除纖維表面的雜質(zhì)(雜質(zhì)會降低纖維與基材的粘結(jié)性);④纖維按長度分等級。
 

(2)化學(xué)回收

化學(xué)回收有溶劑溶解工藝和高溫分解工藝等。下面試舉后者的一個(gè)實(shí)例。

丹麥ReFiber公司的高溫分解與氣化工藝(pyrolysis and gasification)：將廢FRP連續(xù)喂入無氧回轉(zhuǎn)焚化爐(oxygen-free rotating oven)，廢FRP在無氧氣氛中高溫(500℃)焚化后，所產(chǎn)合成煤氣(synthetic gas, 廢FRP里樹脂焚化產(chǎn)物)用于發(fā)電或供應(yīng)焚化爐;回收GF與少量PP纖維混合后喂入加熱爐，PP纖維熔化并涂敷GF表面，成為穩(wěn)定的保溫板坯(stable insulation slab)。另外，利用高溫分解工藝，從CF/環(huán)氧預(yù)浸料回收的CF，與原始值相比，其彈性模量不變，最大拉伸強(qiáng)度下降5%。

6.3 FRP葉片的材料更新近況

一般地說，F(xiàn)RP葉片污染環(huán)境的解決辦法就是：材料更新?lián)Q代——用熱塑性樹脂取代傳統(tǒng)的熱固性樹脂來加工葉片。“熱塑性樹脂及其復(fù)合材料(FRTP)可以回收且輕(跟環(huán)氧樹脂相比)，但易發(fā)生蠕變，用膠粘劑膠結(jié)FRTP殼體比較困難。因此，不適于加工大型風(fēng)電機(jī)葉片。”實(shí)踐說明，用普通FRTP加工小功率(如：5KW)葉片，可以勝任;但加工更大功率(如：MW級)的葉片就成問題——這就必須選用高性能FRTP加工。這也就是說，傳統(tǒng)FRP葉片材料的更新?lián)Q代，必須進(jìn)行一系列科學(xué)實(shí)驗(yàn)、研究——系統(tǒng)工程，方能成功。下面試舉實(shí)例：例一：“Gaoth Teo、三菱重工和Cyclics公司合作，選用CBT™樹脂(低粘度工程熱塑性樹脂)、無害環(huán)氧樹脂和一種增強(qiáng)型添加劑等，破天荒地研制成可回收[注]、長12.6m風(fēng)力機(jī)葉片。([注]：平均每臺風(fēng)力機(jī)回收葉片材料19t)”例二：瑞典利用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)做葉片芯材。PET可回收，而且回收料的性能、強(qiáng)度如初。例三：Risoe DTU公司宣布：幫助中國林業(yè)部門利用竹纖維(bamboo shreds)/環(huán)氧樹脂試制葉片。后來，因環(huán)氧樹脂不可回收，又希望進(jìn)一步用生物粘結(jié)劑(bio-based adhesive)取代上述環(huán)氧樹脂。