Вторичная переработка полимерных композитов

Введение

Композитные материалы можно определить как макроскопическую комбинацию из двух или более индивидуальных компонентов, имеющих явную границу между собой [68]. С учетом того, что композитные материалы часто используются благодаря своим структурным свойствам, в это определение можно внести ограничение, уточнив, что в состав композита входят лишь материалы, состоящие из армирующего компонента и связующего материала (или матрицы). Большинство используемых ныне композитов имеет полимерную матрицу. Эти полимерные композиты характеризуются, прежде всего, очень высокими удельными (относительно к массе) жесткостью и прочностью, а также замечательной стойкостью к воздействию окружающей среды.

Полимерные матрицы композитов могут быть термопластичными или термореактивными. Наиболее распространенными армирующими компонентами являются стекло- и углеволокна, а также (хотя и в меньшей степени) минеральные и органические наполнители. Область применения полимерных композитов непрерывно расширяется с момента появления этой технологии в 1960-х годах, что стимулирует коммерческое производство композитов для различных приложений, среди которых назовем транспорт, потребительские товары, строительство, электротехническое и электронное оборудование, судостроение и авиакосмическую технику.

Как это обычно происходит со всеми материалами, рост применения влечет рост отходов, возникающих как на стадии первичного производства, так и после окончания срока службы изделий. Поэтому развитие технологий вторичной переработки композитных материалов становится все более востребованным как в экономическом плане, так и с позиций охраны окружающей среды. Методы переработки отходов зависят от природы полимерной матрицы и армирующего компонента; их можно классифицировать по четырем категориям [69]. Первичная повторная переработка предполагает восстановление отходов в тот же самый или близкий по свойствам материал. При вторичной повторной переработке материал восстанавливается и используется в приложениях, не требующих от него свойств оригинального материала. Третичная переработка заключается в разделении материала на химические блоки с последующей раздельной переработкой субпродуктов. Четвертичная переработка состоит в извлечении энергии как побочного продукта сжигания мусора или других процессов утилизации отходов. Все четыре технологических процесса повторной переработки применимы к полимерным композитам.

С недавнего времени технологии вторичной переработки композитных материалов стали разделять на прямые и непрямые [70]. К первым относится дробление отходов и смешение их с органической или неорганической матрицей для восстановления. Вторая технология предполагает разделение отходов композитов на органические и неорганические компоненты с помощью термического разложения для их дальнейшего использования. Используется тепло, выделяющееся при сжигании; также используются нефтеподобные продукты термического разложения, которые могут служить топливом; утилизируются и армирующие элементы.

Из-за присутствия второго компонента, в частности, армирующей фазы, переработка таких материалов, как композиты сложнее переработки монофазных материалов [69]. Например, неармированные термопласты, как правило, повсеместно и легко подвергаются первичной и вторичной переработкам (раздел 5 3). Однако утилизация композитов с термопластичной матрицей является намного более сложной задачей, поскольку приходится держать под контролем не только матрицу, но и армирующую среду, и границы раздела между средами. Композиты с термореактивными матрицами часто идут в третичную и четвертичную переработки.

В этом разделе будут рассмотрены некоторые из последних работ, посвященных повторной переработке композиционных материалов. Ввиду специфические методов переработки термореактивных композитов, их мы обсудим в первую очередь. Переработка термопластичных композитов будет рассмотрена в двух разделах; в одном из них объектом обсуждения будут композиты общего назначения, в другом — технические композиты. С учетом того, что термопластичные композиты обычно перерабатываются по первичной и вторичной технологиям, в центре внимания будут проблемы влияния переработки на качество восстановленного материала.