5.5 汽車復合材料結構件全套解決方案的綠塑創新驅動

復合材料結構件與傳統金屬件相比可以節省高達50% 的重量，但是要想達到這樣的減重效果，同時還要維持成本和性能不變，需要進行大量的綠塑創新驅動優。汽車結構件復合材料化，不是簡單地“以塑代剛”，而是根據結構件的功能和性能，集約復合材料結構件的設計、成型原料及成型工藝、壽命周期、后處理、回收利用等各個環節，全套方案解決，最終實現“以塑勝鋼”，綠色成型驅動汽車綠色化革命。

汽車復合材料結構件取代金屬材料結構件，兩種材料的性能不同，所以并不是簡單的替代，只由對原金屬材料結構的基礎上，根據復合材料及其所能達到的最優的性能，進行結構件的結構設計及成型工藝的創新，才能實現優于金屬結構件的性能，顯示出復合材料結構件的科學發展的優勢。

復合材料結構件成型應用何種工藝，從材料成本、工裝模具成本、尺寸穩定性、可回收性、加工時間以及表面光潔度等方面而定。

日產2014 款Rogue 車型提升式后車門為整體式玻璃纖維復合材料注塑件，從車門設計、制造等各方面，全方位研發解決方案。玻璃纖維復合材料車門與傳統沖壓鋼車門相比重量減輕了30%，外面板的原材料成本與SMC 材料相比減少了35%。

車門成型工藝設計。考慮到熱塑性注塑工藝在周期時間、可回收性、表面光潔度以及成本等方面的優勢，以及生態環境保護和年產量超過13萬臺的因數，采用免噴涂注塑工藝，生產復合材料后車門。

復合材料選用。在不犧牲強度和性能的情況下，減薄車門壁厚，提升車門的強度和硬度，提高車門的安全性能，采用材料供應商LyondellBasell 公司的高流動性、高強度的熱塑性30%長玻璃纖維增強聚丙烯（PP-GF30）。這種材料不僅可以進一步減輕部件的重量，還可以縮短成型周期，提升了注塑成型的效率。

車門蠕變性能設計。復合材料件蠕變是不可避免的，如何使復合材料車門在壽命周期內，蠕變不影響應用，是設計中必須研究的課題。日產在車門設計中根據復合材料的蠕變動態參數，經過定量分析計算出隨著時間推移整個蠕變的量，在設計和制造之時就除去蠕變的量，使剛生產出來的面板比長期蠕變后的面板小，隨著時間的推移，面板就會蠕變成為正常的外形尺寸和造型，使車門、保險杠面板和鋼制車身面板之間的間隙保持在正常的水平?？紤]到全塑化車門的縱向和扭轉剛度的減少，增加分型線間隙及輔助導向部件，確保車門關閉時不會對車門或周圍的車身結構造成損壞。

車門結構聯接設計。為了滿足產量方面的需求， 即創建多個點膠面板之間的連接單元，提升了產量，且不會犧牲膠粘劑固化所需的時間。

6  基于新常態戰略的汽車塑料件的回收利用綠色化技術的綠塑創新驅動

　  綠色汽車的生命周期是從“搖籃到再現”的過程，即綠色汽車的生命周期除設計、制造、使用，還包括廢棄(或淘汰)產品的回收、重用及處理階段，這種生命周期是一個閉環系統。

隨著汽車工業的發展，新車開發周期的縮短，進入市場的速度加快，汽車保有量急速增加，也導致汽車報廢數量逐年增多：如按汽車平均使用壽命12年計算，全國每年報廢的汽車約140萬輛，若排列起來，可長達5000km。對大量的報廢車的塑料件，若不及時進行分類處置和回收再利用，在日曬和風吹雨打的自然條件下，塑料件會很快降低循環再利用的價值，不僅浪費資源，而且對環境污染嚴重。

發達國家汽車塑料件的回收利用技術走在國際前列，而且有一套健全的法律法規，例如歐盟規定，到2015年，汽車塑料件的回收利用必須達到85%。

報廢汽車塑料零部件回收利用技術的發展，不僅可促進汽車再制造業的發展，同時是解決廢舊汽車塑料帶來的社會公害問題的重要途徑，實現可持續的方式使用自然資源和環境成本，實現產業經濟效益和生態效益的統一。“資源-產品-再生資源”的多重閉環反饋式循環過程，實現以環境友好方式開發和利用資源。

復合材料具有比強度高、比模量高、可設計性強、抗疲勞斷裂性能好、耐化學腐蝕、耐候性好，其他材料不可比擬，極大地推動和擴大了其在汽車領域的應用，其用量也逐年遞增，用量的上升必然導致其廢棄物的不斷增加，對環境構成了威脅，成為阻礙復合材料進一步應用和發展的瓶頸。同時，復合材料的強度高、耐腐蝕性能好等材料特性導致其廢棄物的處理非常困難。因此，復合材料廢棄物的節能減排與回收利用技術已成為研究熱點之一。多型式、多品種汽車塑料件的迅猛發展給回收利用帶來了新的課題，同時也給創新創造回收利用技術提供了機遇和良好的發展前景。

汽車塑料件的回收利用技術是汽車塑料件綠色技術的一個重要組成部分。綠色經濟的發展給汽車塑料件的回收利用帶來了新的含義，回收是一個方面，更重要的是利用，而利用必須有利于資源的第二次應用的綠色循環經濟的發展。面對我國自然資源日益短缺和生態環境惡化的狀況，回收利用應從綠色經濟及可持續發展的角度出發，研究報廢汽車典型塑料零部件的回收利用技術，對節約資源和保護環境，推動社會 、經濟 、環境的協調發展具有重要的現實意義。發達國家汽車塑料件的回收利用技術走在國際前列，而且有一套健全的法律法規，例如歐盟規定，到2015年，汽車塑料件的回收利用必須達到58%。

處理復合材料廢棄物的方法不盡相同，但總的來說，可以大致分為以下三種方法：化學回收、能量回收和物理回收。我國的塑料報廢件的回收利用技術嚴重落后，尚未建立完善的社會回收系統，而且沒有一套比較完善的法律法規。目前，我國塑料報廢件的回收利用基本上仍停留在回收率低、易產生二次污染的能量回收法和熱解法。實行物理法回收利用是實現綠色循環經濟的可持續發展的必須研發的技術，為創新創造物理法回收利用設備提供了廣泛的發展空間。

6.1熱塑性工程塑料的回收利用技術的綠塑創新驅動

汽車保險杠、散熱格柵、照明燈、儀表板( 含副儀表板) 座椅、車門內板、頂棚、雜物箱、燃油箱等大型塑料零部件的回收利用的技術難度較高，而且隨著復合化的發展，技術難度越來越高。其回收技術的難點的是去除表面的漆膜、分選組合件中的金屬及玻璃，分揀復合件中的不同成分及類型的高分子材料。

6.1.1飾件表面漆膜脫除的清潔技術的綠塑創新驅動[8]

國內對廢舊汽車保險杠之類的表面漆膜脫除處理，一般采用化學溶劑浸泡脫除表面的漆膜，產生的廢液對生態環境危害較大。

物理法取代化學法脫除飾件表面的漆膜，實現清潔化回收。韓國現代汽車公司采用水射流沖擊的方式去除保險桿表面的漆膜。日本SINTOKOGIO公司將保險杠粉碎至0.8mm左右，然后高速噴丸，沖擊塑料表面，將涂漆剝落，然清潔脫除汽車飾件表面的漆膜，然后清洗回收。Yamamoto等人采用羞速輥筒法去除漆膜。日本東京都立大學采用密度法，對水槽內塑料片施以強磁場，根據塑料帶磁性能及浮沉深度不同而分離不同保險杠材料。

6.1.2 組合復合件分選的清潔技術的綠塑創新驅動

汽車零部件的高分子材料和金屬的組合型、多種不同高分子材料的復合型，給資源永續回收利用帶來了技術難題。國內對這些報廢的零部件，回收利用主要采取能量回收和熱解兩種方法。能量回收法是指將廢舊零部件與煤混合后在水泥窯 中焚燒生熱能，利用其產生的熱量。熱解法是指通過預處理、熱裂、高溫分解、冷卻回收等流程處理報廢塑料，獲得熱解燃油及燃氣。這兩種方法回收利用率較低，且回收過程中易產生二次污染。  

6.1.2.1高分子材料和金屬的組合型汽車零部件的分選的清潔技術的綠塑創新驅動

散熱器格柵和車燈的主要材料是ABS和PMMA，其回收技術的難點的是去除格柵表面 的油漆，以及格柵和燈具中的金屬、玻璃等。荷蘭Foma Engineering公司開發了可用于PMMA和ABS的離心分離系統，利用該分離系統可以獲得精細分離的塑料，為生產高附加值的制品創造了條件。比利時K.Smolders等通過采用流化床進行熱分解的方法將PMMA分解成MMA，使其回收率達到90％～98％。韓國的GARAMTECH公司將回收的報廢車燈整體粉碎后，去除金屬成分同ABS 新原料混合后用于制造新的燈殼。

6.1.2.2多種不同高分子材料的復合型汽車零部件的分選的清潔技術的綠塑創新驅動

G.Ragosta等開發了一套針對具有多層結構的聚烴烯類儀表板回收再利用技術。該技術在再生過程中添加一種乙烯一丙烯共聚物和PP新料，使再生塑料的性能得到顯著提高，可用于生產新的儀表板或相似的塑料部件。Botsch, M利用風選和電選分離由ABS/PC、PU、PVC構成的儀表板，先把儀表板粉碎,用風選分離出PU泡沫，然后用電選分離出ABS/PC和PVC。Sims等開發了廢舊汽車座椅PU新的回收方法 ，其方法是將顆?；膹U舊PU泡沫與泡沫膠布板物混合，添加 MDf 預聚物，生產新的泡沫塑料。

比利時的菲利普公司開發成功從粉碎屑中回收有用物資的再生裝置，核心技術是利用各種物質的軟化粘附溫度不同而在不同的溫度區域分別粘附在所通過的雙輥上而分離的（如PP在170時粘附），可從粉碎屑中分選出有色金屬、氨基甲酸乙酯和PP等6種有用物質。引起了國際汽車制造商的重視，包括本田汽車在內的不少日本汽車制造商亦紛紛前往參觀并表示肯定。

6.1.2.3  ABS塑料電鍍件回收清潔技術的綠塑創新驅動

廣州塑料再生研究中心針對ABS及PC+ABS合金表面上的銅、鎳、鉻鍍層褪除環?；厥臻_發了“塑料表面金屬環保褪鍍劑彩虹海離子32”。這種褪鍍劑不但能快速完整剝落表面鍍層，而且對基材能進行全面保護，具有脫鍍后能充分保持原色，后續的造粒及注塑工藝過程不變色，不變脆，基材物化指標不變等優勢。無需濃硫酸或硝酸、作業過程無黃煙、無味、無毒；褪鍍速度快，也可根據生產進度而定；不改變基材技術指標，洗后應用不變色、不發脆；廢液回收提煉金屬或硫酸鹽等制品的工藝成本較低；回收處理過程無人身安全危害，不產生有毒氣體，環保。該工藝技術可適用于各種ABS、ABS+PC合金表面鍍銅、鎳、鉻的褪除。南通縱橫化工有限公司發明了利用混酸空氣催化分離塑料鍍層的方法，并申請了專利。具體分離鍍層的方法為：將ABS鍍層塑料浸入混酸中，并通入空氣反應，然后，取出已褪鍍的塑料，取出已褪底的塑料后的溶液再用氨調pH至2～3，過濾，濾液用氨調pH至4.5～5.5，過濾洗滌，得濾渣堿式硫酸銅，濾液中通硫化氫，再過濾除去硫化銅，濾液用氨水調整pH至7～7.5，再加入燒堿，并加熱至80～90℃，放出氨氣(嚴重污染空氣)并調pH至9～12，過濾得到氫氧化鎳(洗水用量大)，分離氫氧化鎳后的母液加硫酸調pH至中性，經冷卻結晶析出十水硫酸鈉。該法可生產市場暢銷的硫酸銅、氯化鎳產品及去鍍層ABS塑料，并能有效回收用于洗滌劑的十水硫酸鈉，分離成本較低，但酸堿用量較大且有少許廢氣排放。

6.1.3 共混增容改性回收利用技術的綠塑創新驅動[9]

共混增容改性回收利用技術是把廢舊塑料與其他高分子材料共混，改善/提高廢舊塑料的基本力學性能，制成達到或超過原塑料制品的性能。例如，把短玻璃纖維按10%~40%的比例增加廢舊PP，可以顯著提高廢舊PP的拉伸強度，這種改性的PP材料可廣泛用于汽車配件，如散熱器零件、照明設備零件等。

6.1.4 物理改性回收利用技術的綠塑創新驅動[9]

廢舊塑料混有不相容的兩相或多相塑料是不可避免的，如何使之共混整容是實現廢舊塑料再生利用的技術關鍵。

相容劑的綠塑創新。相容劑起到不相容的聚合物之間的橋接作用，降低兩相或多相之間的界面張力，或產生化學鍵，達到多元體系相容的目的。相容劑的提高了廢舊塑料的附加值，可使廢舊塑料成為新的塑料合金或新的改性塑料。荷蘭國家礦業公司生產專用于回收廢舊塑料再生的BENNET相容劑，可把多種不同品種、不同性質的廢舊塑料實現共混再生。 

6.1.5  還原再生法的綠塑創新驅動

意大利的汽車生產大戶菲亞特汽車亦開發成功獨特的還原再生法，對廢塑料的利用效果明顯。針對塑料使用十年左右后易老化并引起各項性能下降的特點，為防止用廢塑料制同樣部件時產品性能難達到相關的質量和安全指標，該公司采取了將回收的廢塑料用來制造強度和安全性能低一等的部件。如十年后報廢的防沖器和儀表板類廢塑料可回收還原制造風管，再過十年后再回收還原制造地板或者用到其它工業品上，最后不便還原作材料利用時再改作燃料利用。如此不僅提高了廢塑料和報廢汽車的再生利用率，同時亦有利于降低汽車制造成本。該公司對其它材料制部件亦實施了還原再生法，但效果以廢塑料的再生利用最佳。

6.2 玻璃纖維復合材料廢棄制品回收利用技術的綠塑創新驅動

世界正在經歷一場低碳革命，玻璃纖維復合材料在減少溫室氣體排放方面的潛力是顯而易見的。經濟地提高附加值開發玻璃纖維復合材料廢棄制品回收利用技術，成為“新常態”汽車玻璃纖維復合材料綠色創新驅動的重點課題。

6.2.1 熱塑性GMT廢棄制品回收利用技術的綠塑創新驅動

GMT作為一種汽車行業新型輕質高性能綠色材料，回收利用的研究越來越引起人們的重視。廢棄GMT制品回收利用不僅可以最大限度地減少對環境的污染，而且還可以重復利用日益匱乏的資源。

物理粉碎直接回收利用。廢棄的保險杠經過粉碎機粉碎后與GMT新料按25：80的比例摻混，再復合成新的片材，其性能無明顯下降。

化學溶劑溶解分離回收利用。溶劑溶解聚丙烯基復合材料，制成聚丙烯溶液，其中玻璃纖維呈懸浮狀態，而后對這種含有玻璃纖維懸浮物的PP溶液進行過濾以使兩者分離，分別加以回收?；厥盏牟ＡЮw維與同種基體樹脂再復合后材料的力學性能無明顯變化。與未經回收處理的新料相 

比，經過一次回收再復合成新材料的拉伸模量和拉伸強度有明顯增加，但是Izod沖擊強度有所下降。

6.2.2 熱固性SMC復合材料熱解法回收利用技術的綠塑創新驅動[11]

    熱解SMC回收利用由美國汽車協會和通用公司共同努力研發的技術。

熱解法是借鑒塑料、橡膠高溫分解回收法 ,將玻璃鋼廢棄物在無氧情況下,加熱分解成為保存能量成份的熱解氣和熱解油,以及以Ca2CO3、玻纖為主的固體副產物。熱解法最大的優點在于可處理被油漆、粘接劑和其他材料污染的玻璃鋼廢棄物,而金屬異物在熱解后從固體副產物中除去。

熱解產物隨熱解溫度的不同而不同 , 400～500℃以回收熱解油為主, 進一步分餾、 改性，作燃料；在 600～700℃以回收熱解氣為主，供熱以能量，作燃料。在480～980℃所產生的熱解氣具有足夠的能量供給熱解使用,達到自給,多余部分可存儲用作燃料。

熱解產生的固體副產物用作SMC、BMC 熱固性塑料的填料及鋪路材料

6.2.3熱固性GRP復合材料熱解法回收利用技術的綠塑創新驅動

EuCIA(歐洲復合材料工業協會)指出，GRP是“可回收的，且符合歐盟法規”，事實也的確如此。但目前只有德國的設備可以用于回收。

由EuCIA 支持且在德國得以應用的回收工藝，包括添加GRP 廢棄物到水泥窯里。這就增加了復合材料所有部件的價值，并且通過采用叫作Compocycle 的路線使其得到了更好的商業化， Compocycle 由Zajons 操作，然后將材料填進Holcim 公司的水泥窯。但是該工藝仍然有一個顯著的門檻費用。在德國，沒有關于垃圾填埋的法規，因此GRP 廢料的量足以證明這樣的工藝是有效的。像丹麥Fiberline 公司這樣的復合材料生產商已經支持這個工藝了，并且在最大限度地利用它。但是這條路線降低了材料的價值，使其相當于工業碳酸鈣的價值，目前與垃圾填埋場的填埋相比還不是特別經濟。

法國的Mixt 復合材料再利用公司（M-C-R），制造模塑化合物，并從其客戶那里收回工藝廢棄物，然后再研磨， 并重新集成到制造汽車零部件的新化合物里。

在比利時，Reprocover 公司用研磨熱固性的工業廢物制造井蓋、閥室和其他建筑產品，包括從附近的玻璃纖維增強制造商3B 玻璃纖維公司得到的GRP 和清潔的廢纖維。他們最近開發出了一種具有優良吸振特性的雙塊式軌枕來取代木制枕木。

6.3碳纖維復合材料廢棄制品回收利用技術的綠塑創新驅動

 盡管碳纖維有眾多的優點，但是仍有一個不可回避的問題——碳纖維不可降解。隨著其應用量的增加，隨之而來的污染問題也日趨嚴重。碳纖維復合材料實現回收利用才能在汽車領域得到大規模的平民化應用，實現“低碳經濟”和“綠色生態環境”的循環利用。

碳纖維復合材料廢棄制品回收處理得到碳纖維的成本低于碳纖維新材料的成本，具有較大的經濟效益，所以碳纖維復合材料的回收利用是一個極具吸引力的市場，它不僅以經濟影響為向導，同樣由于其對環境的正面影響而受到關注。目前，針對碳纖維復合材料廢棄物的回用問題，各工業大國都有自己的科研體系，目的是創建最高效和最經濟可行的碳纖維回用體系 到目前為止，關于碳纖維回用的研究主要包括粉碎碳纖維增強塑料，高溫分解碳纖維復合材料，催化分解或在真空環境下分解碳纖維復合材料，流化床處理碳纖維復合材料等。  

碳纖維復合材料廢棄制品的分離回收利用就是把碳纖維從碳纖維復合材料件中分離出來， 最大限度的保持碳纖維的原有特性，以提高回收利用價值。

碳纖維回收利用的成本低于使用新碳纖維的生產成本。再生碳纖維的成本低于新CF的生產成本，據日本報道生產制造再生短CF能耗僅為新CF的17%，而CO2排放量僅為新CF的14%。CF本身優異的性能在回收再生后能被大部分保持，可以重新應用在汽車部件。

6.3.1碳纖維復合材料的熱分解分離回收利用技術的綠塑創新驅動[10]

日本三菱、東麗、東邦公司世界三大碳纖維生產商從2006年起在日本經濟產業省的資助下，共同協作進行的題為“碳纖維回收技術的研發示范”項目，在日本福岡縣大牟田市投資興建CF及CFRP連續熱分解回收中試生產線，在高溫常壓下回收復合材料中的碳纖維，規?？蛇_到1000噸/年。使得日本生產商加速了對碳纖維復合材料在汽車領域應用的市場布局，包括碳纖維絲束原材料、復合材料預浸料和注塑顆粒材料在內的產能投入。一個是英國ELG Carbon Fibre Ltd 連續熱分解回收技術，在West Midlands建立1200噸/年的中試車間，產品為短CF及粉末CF。開發目標要使再生CF力學性能不低于90%新CF力學性能，且具有高表面活性、結合性和電氣性能等。

6.3.2碳纖維復合材料的物理混合分離回收利用技術的綠塑創新驅動

英國的先進復合材料公司（Umeco復合材料結構材料公司的一部分）、英國Exel復合材料公司、NetComposites、Sigmatex、Tilsatec和利茲大學組成碳纖維復合材料的回收利用的聯合體，開發將聚對苯二甲酸乙二醇酯和碳纖維復合材料混合提取碳纖維的物理回收利用技術，制備成不同形式的材料，回收碳纖維生產的板材與原始碳纖維制備的復合材料相比，保持至少90%拉伸模量、50%拉伸強度。

6.3.3碳纖維復合材料的高溫分離回收利用技術的綠塑創新驅動

熱固性碳纖維復合材料中，環氧樹脂的熔融溫度大大低于碳纖維的耐熱溫度。高溫分離回收利用技術就是針對熱固性碳纖維復合材料中兩種組合物的不同溫度特性，把碳纖維從復合物中分離出來，實現碳纖維的循環利用。高溫分離回收利用技術的關鍵是如何保持碳纖維的原有長度。

英國碳纖維回收商---Milled Carbon公司采用高溫分解法，即長碳纖維復合材料中的環氧樹脂在低氧燃燒過程中被高溫降解，將高模量長碳纖維恢復到近乎原始的狀態進而可重新用于制造重要結構的材料。

6.3.4 碳纖維復合材料的流化床法（Fluidised bed method）回收利用技術的綠塑創新驅動

預分散的廢料被流經它下方的約高溫550℃液體或氣體“流化”，隨后進行熱解和氧化，并最終逐步將其從復合物中分離開來。

6.3.5碳纖維復合材料的超臨界水溶劑分解分離回收利用技術的綠塑創新驅動[10]

    如何去除碳纖維復合材料中的基體相，有效回收碳纖維增強體?英國諾丁漢大學和法國ICM-CB化學研究所經過大量試驗，開發了超臨界水溶劑分解法，由于其具有廣泛的適用性和回收產品的高性能品質而為碳纖維回收領域引領了一個新的方向。該方法的有效性已經被證實目前正在為其產業化做進一步的研究。超臨界水溶劑分解法的基本原理是，采用特制的高溫高壓反應器當復合材料和水進入該系統后，其中的水將變為超臨界水，在超臨界水的作用下，復合材料中的基體部分，主要是環氧樹脂被氧化形式氣態產品，如氫氣、甲烷、二氧化碳等，碳纖維因而被提取出來。此過程所獲得的產品有氣態的能量、水和固體（碳纖維織物）。利用這項技術可以減少廢物污染，保護環境，同時回收的碳纖維具有較高的強度和剛度。

6.3.6 熱固性碳纖維復合材料回收利用的綠塑創新驅動

現有的熱固性碳纖維復合材料回收技術普遍存在能耗大、二次污染和難以或無法得到連續而有序的碳纖維材料。  

波音公司與華東理工大學材料科學與工程學 院近 日正式簽署合作協議，開啟了雙方從碳纖維復合材料中回收碳纖維的實質性合作關 系。本次合作 旨在探索一條利用太陽能技術進行熱固性碳纖維復合材料中回收碳纖維的新路線，希望開發出一條低（無)能耗、大尺寸碳纖維復合材料的高效的回收方法。 

6.3.7 碳纖維復合材料的分離回收利用技術的綠塑創新驅動的發展方向[12]

碳纖維復合材料的分離回收利用技術的科學發展方向：第一是如何提高改進現有的回收加工方法，最大限度降低廢物污染，從碳纖維復合材料廢棄物件中獲得最有價值的碳纖維；第二是如何使用再生的碳纖維生產出的新產品仍舊具有最佳性能。

對于回用的碳纖維，目前常用的方法是制成短切纖維再利用，但是在性能上沒有競爭優勢，使用的領域也有局限性 因此，后續研究工作除了要繼續加強對碳纖維提取的研究外，還應該根據市場需求，考慮將回用碳纖維重新紡成連續的碳纖維紗，或者直接做成其他更有優勢的碳纖維增強體結構，使其擁有更具競爭力的性能優勢; 同時進一步擴大回用碳纖維的應用領域，提高回用碳纖維的使用比例。

有些回收方法雖然可以成功地將碳纖維從復合材料中分離出來，但是會導致碳纖維長度變短，纖維性能降低，而且這一過程產生的附加廢料同樣會造成環境污染。