标签:热塑性复合材料可持续性和生物塑料
本文首次发表于2016年，于2022年修订。
纤维增强塑料或frp重量轻，具有较高的机械性能，耐腐蚀，寿命长，容易制造不同的形状。
这种性能的结合使玻璃钢成为非常有吸引力的材料汽车工业等交通运输领域．
回收的热固性高分子基由于一旦热固性树脂分子交联，它们就不能被熔化或重组，这是一个特别困难的挑战。与其他人相比，热塑性基纤维增强塑料本质上是可回收的。
然而，FRPs很难回收，因为它们多相自然．它们可以包含三种或三种以上的成分，包括纤维增强剂、树脂基体和填料。
在这里，让我们关注回收对热塑性纤维增强材料的影响以及如何克服相关问题。
纤维增强塑料回收利用的影响
目前有几种方法用于纤维增强塑料的回收。这些包括:
这些技术主要用于热固性基复合材料，但这些方法也可以用于
热塑性基体复合材料也
玻璃钢回收问题:纤维断裂，聚合物降解，纤维分散性差
能源方面的考虑表明，对于这些材料，重塑是一个比这些想法更可取的选择。热塑性复合材料的重塑最大的问题
它们显示了机械性能的退化，退化的程度取决于两者
回收过程以及关于使用条件的历史。
- 性能的损失通常是由于复合材料本身回收过程中发生的纤维断裂。
- 观察到的纤维断裂意味着再生材料中的增强纤维将比初始产品中的短，因此，纤维提供的增强效果将降低。
这是因为增强纤维的长度是决定强度的主要因素
玻璃钢的性能．
值得注意的是，与长纤维增强塑料相比，再加工过程中纤维断裂对短纤维frp增强性能的影响较小。这意味着机械回收对这些材料有很大的潜力。此外,
机械回收简单，成本相对较低使它成为纤维增强热塑性塑料回收的一个明显的选择。
除了回收过程中纤维长度的减少，基质聚合物的降解也是一个问题。这种退化也会导致
纤维/基体界面粘结在回收的热塑性复合材料。自
界面粘接已知是影响最终产品机械性能的主要因素，其变化可以显著影响复合材料的性能。
与界面结合有关的是纤维增强剂在基体聚合物中的分散程度。理想的情况是纤维均匀分散在整个复合材料。
虽然，众所周知
加工条件对结块的存在有很大影响在美国，如果处理不当，纤维增强塑料回收过程中涉及的额外处理可能会导致纤维含量高的区域增加。这可能会对最终产品的性能产生影响，特别是对不同地区性能的均匀性产生影响。
纤维增强塑料回收影响的性能包括:
FRP的这些性能都与
增强纤维的长度纤维越长，数值越高。如前所述，FRP的回收会导致纤维断裂，纤维断裂会导致FRP的抗拉强度和杨氏模量的降低。在聚合物文献中报道过，通过多次回收步骤，这两个参数的降低率可达25%。
所有这些效应都会影响FRP的力学性能。
- 纤维断裂将取决于初始FRP纤维的长度。
- 聚合物降解都会发生，无论增强纤维的性质是什么。
- 长纤维增强剂的分散一般来说是相当困难的，而且由于纤维断裂，在回收过程中分散可能会得到改善。
然而，必须注意的是，随着纤维长度的相应减少，增强效果也会减弱。因此，在玻璃钢的分散和强化效果之间需要达到一个平衡。
应该注意的是，讨论的许多影响都是在两者中观察到的
碳纤维而且
玻璃纤维作为FRP中的加固材料。目前，碳纤维复合材料已被用于制造高端产品，如飞机和航天器部件、高尔夫球杆轴和赛车车身。目前，大多数垃圾都被扔进了垃圾填埋场。由于碳纤维的成本相对较高，这是一个独特的问题。
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克服回收问题
在本节中，将提供解决前面讨论过的问题的方法的建议。在某些情况下，这些建议已经被证明在某些情况下是成功的。在其他情况下，这些方法尚未得到完全验证，需要进行更多的研究工作来验证这些建议是否有效。
#1 -解决纤维断裂问题
需要确定的是，任何类型的FRP机械加工都可能发生某种程度的纤维断裂。因此，需要采取必要的措施来限制观察到的光纤击穿。或者，相反，如果在回收frp的过程中可以接受一定数量的纤维损伤，则必须接受回收的产品在某些应用中可能没有用处。
所附的图是属性的图表
玻璃增强聚丙烯与纤维长度。下面显示的数据清楚地表明，各种机械性能依赖于玻璃增强纤维的长度。
FRP性能与增强纤维长度的关系
不过，还需要观察所有的属性，包括
刚度，
韧性强度，在纤维长度处达到最大值。在纤维长度之外，很少或没有观察到额外的增强作用。
从图中的信息中可以收集到关于纤维增强塑料回收的两个要点。
- 首先，根据FRP材料的期望应用，需要确定纤维增强的最佳纤维长度。只要在各种回收步骤中保持纤维长度，FRP产品将继续在所需的应用中有用。
相反，在回收步骤中的加工条件将需要监测和调整，以确保总是获得最小的纤维长度。例如，在与重熔和重塑过程相关的球团生产过程中，需要将再加工的球团生产到始终保持所需纤维长度的尺寸。
- 从图中可以确定的第二点是，如果最初的FRP产品含有长纤维加固，并且在回收过程中发生了明显的纤维断裂，该产品可能仍然在某些要求的性能不那么高的应用中使用。
这是合理的，因为纤维断裂会导致较低的增强效果，因此，较低的性能。然而，对于一些可能的应用程序，所获得的属性仍然足够。因此，对于机械性能略低的其他产品，应该可以使用回收的RFP。
#2 -聚合物降解的解决方案
现在来谈谈……的问题
聚合物降解，这当然是一个与许多聚合物加工操作相关的常见问题。然而，增强纤维的存在为聚合物降解问题提供了另一层次的复杂性，这在未增强聚合物中是不会遇到的。
这是由于强化材料的存在可能导致额外的聚合物降解，超出通常在回收过程中观察到的。换句话说，增强纤维实际上可以促进基体聚合物的降解。这可能是化学效应，也可能是回收过程中聚合物的机械分解。
由于FRP中聚合物降解的趋势增加，通常使用的更高水平的稳定剂应与回收的FRP一起使用。对于大多数聚合物，应该使用的稳定剂是众所周知的，这些相同的材料可以用于frp，只是浓度更高。然而，需要指出的是，对于FRPs中使用越来越多的高温聚合物，所使用的稳定剂本身需要具有高温性能特征。否则，观察到的聚合物降解不会明显降低。
应该使用更高水平的稳定剂来解决聚合物降解问题
#3 -增强纤维分散的解决方案
为了有效回收frp需要解决的最后一个问题是增强纤维的分散。随着玻璃钢的每一次再处理循环，不良分散的可能性增加。这是因为FRP是一种多相材料，这种材料在一定的加工条件下(如高温)会分离成组成材料的区域。
强化纤维在回收frp中的分散性能可以通过改性增强
增容剂的使用在纤维和基质聚合物之间。
- 增容剂通常在最初的玻璃钢生产过程中使用，建议在每一次利用再加工步骤时将增容剂添加到混合物中。
- 这将有助于保证纤维在FRP中的均匀分散。
- 所使用的适当增容剂的化学性质取决于基体聚合物的性质。
- 增容剂应能与增强纤维上的化学剂相互作用以增强分散性。
- 例如，对于PP/玻璃纤维材料，采用马来酸酐官能化的PP通常是一种有效的增容剂。
正如已经简要讨论过的，碳纤维增强复合材料的回收提出了额外的挑战。由于碳纤维的高价值，已经进行了大量的研究，以从使用寿命结束的部件和制造废料中提取纤维。这项研究的目标是利用这些材料来制造其他碳纤维复合材料。
回收的碳纤维可用于批量成型化合物用于较小的非承重部件和作为承重壳结构的回收材料。回收的碳纤维还被用于手机壳、笔记本电脑外壳，甚至自行车的水瓶笼。这种使用可以保存相对昂贵的碳纤维，将它们用于其他用途，而不是最初的目标用途。
回收碳纤维自行车篮子
结论
在这篇文章中，与回收热塑性纤维增强塑料有关的技术问题被强调和解决。所讨论的问题主要影响材料的最终机械性能。这种效果会影响纤维增强塑料在预期应用中的利用率，取决于所需的产品性能。
有人提出了几种解决这些问题的办法。另一方面，还需要进一步的研究来验证它们的有效性。由于frp继续被用于诸如汽车和其他运输领域等工业，这种研究对于在这些发展中的应用中确立frp的有效经济效用至关重要。
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