核心内容

本文介绍了一种新技术，可用于寿命终结的热固性复合材料产品有益的再利用。该方法是由政府拨款资助，由荷兰的温德斯海姆应用科学大学（Windesheim University of Applied Sciences）聚合物工程系教授开发的。

如何处理废弃的聚酯游艇？

在过去的二十年中，人们研究和开发了好几种工艺用于热固性复合材料的再循环。然而，迄今为止，对于热固性复合材料来说，还不存在重新获得可用原材料（热固性树脂、增强纤维）的回收方法。

根据德国强化塑胶联盟（AVK）所获得的EoL数量的研究表明，目前在荷兰，市场上每年有4.5千吨的EoL热固性复合材料产品适用于新开发的再利用原理。主要涉及聚酯游艇、风车转子叶片、筒仓和波纹板。据了解，未来15年内寿命终结（EoL）聚酯游艇的数量将增长到4.0千吨/年，市场潜力很明显。新方法利用了寿命终结材料中仍然存在的机械强度和耐腐蚀性。

结构再利用原理

EoL热固性复合材料产品的结构再利用原理是基于使用从EoL产品中获得的长的、长方形元素，这些EoL产品是嵌套于原始材料中的。为了得到最大刚度，需要比较高的填充速度，因此原始嵌套材料（树脂）的数量受到了限制。它们的长方形形状使得这些元素有助于增强新产品，如图1和图2所示。

第一块材料由颗粒状的再利用材料构成（绿色，用‘re-used’中的‘r’作为下标来表示），并且嵌套在聚合物基体中（黄色，用下标‘m’表示）。另一块材料由嵌入的长方形元素形式的再利用材料组成，再一次嵌入原始材料中。通过使用经典的微机械模型，可以预测得到的新复合材料的刚度（E模量）和强度（用下标“c”表示）。

(1) 有效弹性模量：（基于系列模型）Ec≈(Er·Em)/(vr·Em+vm·Er)

(2) 有效抗拉强度：σc<σm

(3) 有效弹性模量：（基于平行模型）Ec≈vr·Er+vm·Em

(4) 有效抗拉强度：σc≈vr·σr

在公式（1）、（3）和（4）中，使用了各分量的体积分数，并用符号‘v’来表示。

接下来的例子表明只有通过使用长方形元素才能起到增强作用。当再利用的材料以颗粒状（比如粉末）加入时，只能获得刚度的加强效果，强度反而降低了（见表1）。

Em=3GPa σm=50MPa（如非增强的聚酯）

Er=20GPa σr=300MPa（如玻璃纤维增强聚酯）

vr=0.5=50%（总体积的一半由再利用材料组成）

实践中的结构再利用

通过以下系列图片来说明EoL热固性复合材料产品在实践中的结构再利用原理。

第一步，过时的聚酯船船体被加工成大的面板。

第二步，这些面板被锯成长条或碎成大的薄片。

最后，应用真空灌注法，制造新的复合材料轮廓。并在增强元素中注入原始聚酯树脂和额外的原始玻璃加强筋。

运河的挡土墙和桥梁面板等基础设施应用非常适合于再利用的EoL复合材料。

再利用热固性复合材料高机械强度和外部耐久性的结合，使得用于起重机或重型车辆的支撑面板具有极好的应用前景。

可能的产品和应用

基于EoL元素的新型复合材料重新获得了原有复合材料的力学强度。此外，由于热固性复合材料具有很长的使用寿命，所以基于再利用材料的新产品仍然具有抗腐蚀能力。然而，再利用的方法有两个主要缺陷。首先，由于需要嵌入再利用的元素，所以制作的产品是不可能非常轻的。嵌入物导致了额外的原始树脂和增强作用，以使再利用材料有助于新产品的机械强度。其次，由于再利用元素相当大且不灵活，很难建造出具有复杂形状的新产品。因此，新的产品将局限于直的、不太复杂的形状，例如型材、板材和板材等。

研究发现，通常的基础设施应用非常适合于这种类型的产品，例如运河的挡土墙和桥梁的面板。

然而，由于再利用热固性复合材料的新产品建造得非常坚实，其他的优势显现了出来：高抗压强度、冲击强度和抵抗局部负荷。再利用热固性复合材料高机械强度和外部耐久性的结合使得用于起重机或重型车辆的支撑面板具有极好的应用前景。

下一步……

根据最新获得的复合材料的机械性能和来自市场的压力，为了提出EoL复合材料的解决方案，荷兰弗莱福兰省（Flevoland）启动了在莱利斯塔德市（Lelystad）生产和放置20米挡土墙的试验。在这个项目中，随着荷兰复合材料行业的发展，温德斯海姆应用科学大学将继续研究新方法在经济上的可行性，并监测材料的长期性能，以期将来能实现这一技术的工业化和商业化的成功。