車用塑料回收再利用大有可為

文 / 陸 剛

汽車工業(yè)的發(fā)展同塑料工業(yè)的發(fā)展是密不可分的，近年來汽車輕量化已成為汽車材料發(fā)展的主要方向。汽車輕量化為塑料工業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的空間。據(jù)介紹，發(fā)達(dá)國(guó)家已將汽車用塑料量的多少作為衡量汽車設(shè)計(jì)和制造水平的一個(gè)重要標(biāo)志。國(guó)外汽車自身質(zhì)量同過去相比已減輕了20%～26%。預(yù)計(jì)在未來的10年內(nèi)，轎車自身的重量還將繼續(xù)減輕20%。而塑料在汽車中的應(yīng)用，使汽車輕量化成為現(xiàn)實(shí)。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2012年國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)銷雙雙突破1900萬輛，汽車產(chǎn)量的猛增以及汽車輕量化的要求，帶動(dòng)了汽車用塑料需求的不斷增加。而與此同時(shí)，每年要處理從報(bào)廢汽車上拆下來的廢棄塑料需以萬噸計(jì)，車用塑料環(huán)?；膯栴}成為擺在我們面前的重要課題。因此，從研究環(huán)境保護(hù)的角度，重新認(rèn)識(shí)我國(guó)汽車的塑料再生利用是非常必要的。隨著車用廢舊塑料總量的急劇增長(zhǎng),環(huán)境與發(fā)展的矛盾日益突出，加之人們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)，以及所面臨的全球性能源和原材料危機(jī)，如何處理與利用好這些廢舊塑料將是擺在世人面前的一大難題。隨著塑料工業(yè)的迅猛發(fā)展,廢舊塑料的回收利用作為一項(xiàng)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的措施,普遍受到重視，對(duì)車用廢舊塑料的治理已經(jīng)刻不容緩。尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家,這方面的工作起步早,已經(jīng)收到了明顯的效益。

一、車用塑料回收再利用的方法

為了提高汽車塑料材料再生利用率，必須從兩個(gè)方面著手解決。首先是設(shè)計(jì)上考慮使汽車零件容易拆卸，而且一個(gè)零件盡可能是單一品種材料，即使是復(fù)合材料也要盡量使用復(fù)合性少的材料；其次是開發(fā)材料再生技術(shù)，如分離技術(shù)、相溶技術(shù)、再生材料應(yīng)用技術(shù)。豐田、福特等汽車公司在技術(shù)上已達(dá)到廢車材料回收率90%的目標(biāo)，并開始實(shí)行?；谏鲜鲈瓌t，熱塑性聚烯烴彈性體（TPO），PP發(fā)泡材料、GMT等材料的用量將有較大的增加。目前，塑料制品的實(shí)際利用率已達(dá)85%，預(yù)計(jì)2015年將達(dá)到95%。但汽車塑料的回收與再生利用，即便在一些回收處理技術(shù)較先進(jìn)的國(guó)家也尚在研究完善之中。

國(guó)外主要是采用燃燒熱能利用的方法來處理廢舊塑料件，并通過一定的清潔裝置，將不能利用的廢氣和廢渣進(jìn)行清潔處理。但日本及歐洲各國(guó)近年來分別提出了對(duì)汽車廢舊塑料的利用要求，并規(guī)定了具體年限。由于這些國(guó)家政府的高度重視，促進(jìn)了汽車廢舊塑料的利用。美國(guó)福特汽車公司回收汽車塑料，并將運(yùn)用到道路表面鋪設(shè)上。對(duì)于占汽車總用料約20%的非金屬汽車廢料，該公司傳統(tǒng)的做法是填埋處理。但是今后將回收這些廢料，其中塑料占10%。這些塑料將與細(xì)石料混合在一起，作為路面鋪設(shè)的材料。由于廢舊塑料的回收、再生與利用技術(shù)，在國(guó)外已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)，并正逐步成為一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)。

今后幾年間，我國(guó)將建設(shè)一批具有一定規(guī)模和水平的再生資源加工基地，研究開發(fā)一批急需的廢棄物無害化處理技術(shù)和再生資源加工利用技術(shù)；建設(shè)若干個(gè)不同層次、不同類型、不同規(guī)模的再生資源回收集散基地和規(guī)范化的再生資源交易市場(chǎng)；集中力量支持一批示范工程，主要包括以鋼鐵企業(yè)為龍頭的報(bào)廢汽車回收拆解一體化示范工程，廢家用電器、電腦再制造及加工處理示范工程等；對(duì)廢舊物資回收企業(yè)實(shí)行戰(zhàn)略性調(diào)整，通過組建企業(yè)集團(tuán)，實(shí)行股份制改造，開辦中外合資合作企業(yè)等形式，培育一批有競(jìng)爭(zhēng)力的大型廢舊物資回收企業(yè)集團(tuán)。廢舊塑料回收、再生和利用更應(yīng)從源頭抓起，科學(xué)地進(jìn)行汽車部件的選材尤其是新產(chǎn)品的選材，更能促進(jìn)塑料的回收和再生利用。

二、車用塑料典型部件的回收再利用實(shí)例

采用填埋處理和焚燒處理雖然能處理掉一些廢舊車用塑料，但是弊端也是顯而易見的，更好的方法是進(jìn)行廢舊塑料的回收再生利用。乘用車典型外飾件主要有保險(xiǎn)杠、燃油箱、散熱器格柵及車燈等，下面就分別介紹這幾種典型汽車零部件的回收利用技術(shù)。

廢舊保險(xiǎn)杠一般采用熔融法進(jìn)行再利用，先使用化學(xué)溶劑浸泡脫除表面的漆膜，然后采用簡(jiǎn)單或復(fù)合再生法加工制作外觀、性能要求不高的塑料制品。該法除漆效果及處理能力都比較低，產(chǎn)生的廢液對(duì)環(huán)境危害較大。一些企業(yè)采用熱解法進(jìn)行回收利用,將回收的保險(xiǎn)杠用于熱解煉制燃油或燃?xì)?但其熱解后的殘余產(chǎn)物難以處置，易產(chǎn)生二次污染。此外，部分企業(yè)在回收的過程中加入少量化學(xué)藥品改性他用。國(guó)外汽車保險(xiǎn)杠回收利用過程中，除了采用化學(xué)法以外，更多地采用物理法。根據(jù)塑料的透光性、密度或溶解性的差異，實(shí)現(xiàn)不同材料的分離處理。日本東京都立大學(xué)采用密度法，對(duì)水槽內(nèi)塑料片施以強(qiáng)磁場(chǎng)，根據(jù)塑料帶磁性能及浮沉深度不同而分離不同保險(xiǎn)杠材料。高效去除表面涂膜是保險(xiǎn)杠再利用的技術(shù)難點(diǎn)，國(guó)外的一些機(jī)構(gòu)正在從事相關(guān)研究。韓國(guó)現(xiàn)代汽車公司采用水射流沖擊的方式去除保險(xiǎn)桿表面的漆膜。日本TATSUDA N 等在用高壓水脫除漆膜后，采用雙螺桿活性擠出機(jī)獲得可滿足制造新保險(xiǎn)杠要求的塑料。日本SINTOKOGIO 公司將保險(xiǎn)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，然后清洗回收。

國(guó)內(nèi)報(bào)廢燃油箱的回收利用主要有能量回收和熱解兩種方法。能量回收法是指將廢舊燃油箱與煤混合后在水泥窯中焚燒生熱，利用其產(chǎn)生的熱量。熱解法是指通過預(yù)處理、熱裂、高溫分解、冷卻回收等流程處理報(bào)廢塑料，獲得熱解燃油及燃?xì)狻＿@兩種方法回收利用率較低，且回收過程中易產(chǎn)生二次污染。近年來，國(guó)外出現(xiàn)了多種新的燃油箱回收再利用技術(shù)。美國(guó)J.M.YERNAUX 等建立了一套報(bào)廢燃油箱回收系統(tǒng)，回收的HDPE材料性能良好，可用于燃油箱再生產(chǎn)。美國(guó)BROOKS 等采用蒸汽爆破法回收HDPE 燃油箱，將報(bào)廢塑料燃油箱和木材一起轉(zhuǎn)化成一種混合纖維。日本的ITOM 等通過熱分解，催化反應(yīng)及蒸餾等一系列過程回收?qǐng)?bào)廢燃油箱等塑料作為石油工業(yè)的原料。德國(guó)BASF 公司采用蒸餾法去除油箱表層易爆物質(zhì)和油污，通過延長(zhǎng)加熱時(shí)間防止油箱塑料物性的劣化。

散熱器格柵和車燈的主要材料是ABS 和PMMA，其回收技術(shù)的難點(diǎn)的是去除格柵表面的油漆，以及格柵和燈具中的金屬、玻璃等雜質(zhì)。國(guó)內(nèi)除了焚燒及直接填埋處理外，大多用于生產(chǎn)低級(jí)的塑料產(chǎn)品或改性后他用，例如，將報(bào)廢 PMMA 清洗、干燥、粉碎，然后加入到適量的丙酮溶液中，可作于粘結(jié)玻璃、陶瓷、石材等的粘結(jié)材料。荷蘭FOMA ENGINEERING 公司開發(fā)了可用于PMMA 和ABS 分離的離心分離系統(tǒng)，利用該分離系統(tǒng)可以獲得精細(xì)分離的塑料，為生產(chǎn)高附加值的制品創(chuàng)造了條件。比利時(shí)K.SMOLDERS 等通過采用流化床進(jìn)行熱分解的方法將PMMA 分解成MMA，使其回收率達(dá)到90%～98%。韓國(guó)的 GARAMTECH 公司將回收的報(bào)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。

軟質(zhì)汽車儀表板由PVC 外殼、反應(yīng)注射PU 泡沫和ABS/PC 基體三部分構(gòu)成，它是汽車上的重要功能件與裝飾件，其組分及形狀復(fù)雜，難以回收利用。國(guó)內(nèi)多采用能量回收和熱解兩種方法。國(guó)外開發(fā)PP 類儀表板回收再利用的技術(shù)，將廢舊的PP 儀表板粉碎，添加由70%～92%的石蠟聚合物和8%～30%的無機(jī)填料組成的混合物，之后加熱熔融和捏煉，生產(chǎn)出PP占45%～65%、乙烯橡膠占 10%～20%、無機(jī)填料占20%～40%的樹脂合成物，將該樹脂合成物用作生產(chǎn)新儀表板的基體。

座椅使用的塑料材料主要有表皮、骨架和緩沖墊。表皮材料一般是聚氯乙烯 (PVC)人造革、各種化纖紡織品、真皮和人工皮等，緩沖材料為模壓發(fā)泡的軟質(zhì)高彈性聚氨酯(PU)材料，骨架多為熱塑性玻纖增強(qiáng)聚丙烯(GMT)材料。座椅的緩沖材料PU 泡沫回收后可用于生產(chǎn)地毯襯墊等減振降噪部件。回收方法是將顆?；膹U舊PU 泡沫與泡沫膠布板物混合，添加MDI預(yù)聚物，生產(chǎn)新的泡沫塑料。

汽車車門內(nèi)板材料一般由三層結(jié)構(gòu)組成：表皮主要是TPO和PVC，中間層是PU泡沫或者PP泡沫，骨架一般為ABS和增強(qiáng)PP等。部分汽車車門內(nèi)板有織物，粉碎后先把織物篩選掉，然后分別用浮選、多次靜電分選，得到單一成分的PP、PVC、ABS 和TPO塑料。

頂棚是汽車內(nèi)飾件中大型及顯著的裝飾件之一。其主要是由PU、PP、ABS/PVC等多層不同材料復(fù)合粘接壓制而成。由于頂棚材料成分復(fù)雜，且各層之間難以分離，大多混同其他回收采用熱解回收的方式制取燃料或燃?xì)狻４蠖鄶?shù)轎車及中小旅行車的雜物箱材料多為PP，回收過程相對(duì)簡(jiǎn)單。國(guó)內(nèi)外在回收的過程中，經(jīng)過簡(jiǎn)單的清洗后同其他PP材料混合回收利用或是直接采用熱解法制取化工原料、燃油和燃?xì)獾取?duì)于發(fā)泡軟質(zhì)PVC材料，由于其密度小、質(zhì)量輕，一般不做單獨(dú)處理，混同其他難處理塑料材料采用熱解法制取化工原料或燃燒法回收能量。

三、車用塑料的回收再利用前景

塑料制品加工相對(duì)容易、耗能少、大部分制品可回收再利用，產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)很多，應(yīng)用范圍廣，是值得推廣使用的產(chǎn)品。塑料制品對(duì)減少人類對(duì)環(huán)境的破壞和降低能源消耗方面做出了貢獻(xiàn)。這是社會(huì)進(jìn)步的結(jié)果，當(dāng)然不正當(dāng)?shù)氖褂?、過度的使用和不科學(xué)的應(yīng)用，塑料制品也會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，對(duì)此我們應(yīng)研究并防止其發(fā)生，使塑料制品為環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源起到積極作用。廢棄車用塑料有很多用途，亟待開發(fā)利用。據(jù)了解，目前我國(guó)廢棄塑料應(yīng)用市場(chǎng)非常火爆，市場(chǎng)價(jià)值在1000億元以上。近年塑料原料漲價(jià)對(duì)該市場(chǎng)起到了巨大推動(dòng)作用，廢棄塑料價(jià)格有很大增幅，較為純凈的PE、PP回收料價(jià)格最高達(dá)6000多元，幾乎接近未漲價(jià)前原料的價(jià)位。

無論是從充分利用地球資源角度，還是從環(huán)境保護(hù)的立場(chǎng)來看，都必須積極開展汽車廢舊塑料的回收利用技術(shù)的研究。廢棄塑料應(yīng)用途徑很廣，除了顯著降碗料制品成本以外，還能加工很多產(chǎn)品，具有很大市場(chǎng)開發(fā)前景。例如塑木制品，用于建筑材料、鐵道枕木、界樁、隔音板材，下水井蓋、農(nóng)用的簡(jiǎn)單制品、家具和裝演等。有的塑料還能用作涂料原料，PET飲料瓶在增豁后還能再用作食品飲料瓶，在鋼鐵廠用作還原劑。在日本用來發(fā)電，在挪威用來建設(shè)高速公路，在美國(guó)用來做鐵道枕木。美國(guó)福特公司目前也開始回收汽車塑料，并將這些塑料與細(xì)石料混合用放路面鋪設(shè)，這對(duì)于各國(guó)汽車塑料“廢物利用”無疑是一個(gè)極好的啟示。

對(duì)汽車零部件特別是新產(chǎn)品的選材，要注重從環(huán)境保護(hù)出發(fā)，選擇的塑料品種盡量趨于集中統(tǒng)一，以便分類回收和整體回收，這是塑料回收再生利用的基礎(chǔ)；要選擇密度小、容易回收利用的品種，如熱塑性彈性體(TPE)，其性能介于塑料和橡膠之間；采用廢棄塑料瓶(PBT)生產(chǎn)的回收塑料，用于汽車連接器、燈座、能量吸收裝置，及車身壁板等部位；塑料業(yè)界與汽車行業(yè)加強(qiáng)合作，共同推進(jìn)使用環(huán)保新材料，提高原材料的可回收率，實(shí)現(xiàn)90%以上的材料回收再利用。在抓好車用塑料“出生”環(huán)節(jié)的同時(shí)，也要做好“善終”工作。國(guó)外車用廢塑料的回收再生與利用，已逐步成為新興產(chǎn)業(yè)。如日本及歐洲各國(guó)政府分別提出了對(duì)車用廢塑料的回收利用要求，并制定了系列法規(guī)，其車用廢塑料和橡膠的回收利用率預(yù)計(jì)到2015年可達(dá)到95%。要縮小與國(guó)外的巨大差距，政府的重視是關(guān)鍵。為此，國(guó)家應(yīng)確立汽車塑料應(yīng)用技術(shù)的環(huán)保理念，加快車用廢塑料回收利用技術(shù)環(huán)節(jié)上的創(chuàng)新和開發(fā)；加快制定相關(guān)政策，完善鼓勵(lì)支持車用廢塑料等廢舊制品回收再利用的法規(guī)。同時(shí)，汽車工業(yè)及相關(guān)研究、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)流通等部門應(yīng)努力開展車用廢塑料回收再利用等技術(shù)的研究開發(fā)，力爭(zhēng)在較短時(shí)間內(nèi)使車用廢舊塑料不再污染環(huán)境。

四、未來汽車新材料的發(fā)展方向

綠色制造日益成為汽車制造業(yè)的主要發(fā)展方向。特別是自歐盟議會(huì)及歐盟理事會(huì)通過了ELV相關(guān)指令后，對(duì)汽車的設(shè)計(jì)、材料的選擇以及制造等均提出了更高的要求。根據(jù)ELV的回收指令規(guī)定：每一輛報(bào)廢汽車，其平均重量至少應(yīng)有85%能夠被再利用，其中，材料回收率至少為80%。自2015年1月1日起，這兩項(xiàng)指標(biāo)將分別提升至95%和85%。這就意味著，汽車零部件的設(shè)計(jì)及其選用材料應(yīng)遵循便于回收利用的原則。因此，汽車用非金屬材料的總體發(fā)展趨勢(shì)是共用化，也就是材料的集中化。當(dāng)然，材料的選擇應(yīng)盡可能地選擇可以回收的熱塑性材料，也就是盡量少用和不用熱固性材料。因此從回收利用的角度來看，熱塑性材料會(huì)更廣泛地應(yīng)用在汽車內(nèi)外飾中，這樣，材料的集中化和共用化也就順理成章。

制約汽車車身新材料應(yīng)用的重要因素是價(jià)格，作為主要新材料的高強(qiáng)度鋼、玻璃纖維增強(qiáng)材料、鋁和石墨增強(qiáng),其成本分別為普通碳鋼的1.1倍、3倍、4倍和20倍。所以只有大幅度降低這些新材料的制造成本才可能使諸多新材料進(jìn)入批量生產(chǎn)。如玻璃纖維增強(qiáng)材料將在成本上成為鋼材的有力競(jìng)爭(zhēng)者,雖然它的重量減輕有限,但價(jià)格卻能為用戶所接受。石墨合成材料盡管性能良好，但因其成本居高不下，目前它在汽車工業(yè)上很難有所作為。采用新材料與先進(jìn)的制造工藝是相輔相成的，汽車工業(yè)正在努力開發(fā)新的制造方法，對(duì)傳統(tǒng)的工藝進(jìn)行更新。例如：適用于輕量化設(shè)計(jì)的連接工藝近年來有所發(fā)展，如德國(guó)某汽車公司在大批生產(chǎn)的轎車上采用CO2激光束焊接，與傳統(tǒng)的焊接工藝相比，焊接成的高強(qiáng)度鋼板車身的強(qiáng)度提高了50%。又如，一些復(fù)合材料的SMC殼體的材料較厚，大約為2.5～3mm，限制了輕量化的幅度。法國(guó)雷諾公司采用新的A級(jí)表面精度的SMC模壓技術(shù)和低密度填料，減薄了零件厚度，使轎車殼體重量比普通SMC工藝下降了30%。據(jù)車界人士預(yù)測(cè)，在今后十年中，轎車自身質(zhì)量還將減輕20%，除了大量采用復(fù)合材料和輕質(zhì)合金外，車身設(shè)計(jì)方法也將發(fā)生重大變化。由于大量采用新型材料，傳統(tǒng)的車身結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法可能不再適用，取而代之的是一種基于生物學(xué)增長(zhǎng)規(guī)律的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)法，這種設(shè)計(jì)方法既能減少零件質(zhì)量,又延長(zhǎng)了零件的使用壽命。此外,采用新的設(shè)計(jì)方法還能使車身零件數(shù)大幅度減少。如某車型的零件數(shù)已由400個(gè)減少到75個(gè),質(zhì)量減輕30%。美國(guó)克萊斯勒汽車公司尚未投放市場(chǎng)的概念車由于采用了創(chuàng)新的優(yōu)化設(shè)計(jì)法，使整車自重降至544kg。這說明輕量化設(shè)計(jì)具有極大的潛力。

汽車所用的材料在不斷地發(fā)展，發(fā)展新材料的方法主要是：利用已有的知識(shí)和數(shù)據(jù)，使用計(jì)算機(jī)對(duì)新材料的性能進(jìn)行模擬，揭示材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系；突破已有理論和規(guī)律，發(fā)展新概念，采用新技術(shù)制造新的材料。發(fā)展新材料的途徑是很多的，有時(shí)甚至是偶然地或意想不到地發(fā)現(xiàn)了新材料。目前汽車使用的塑料由幾十種高分子材料組成，世界各大汽車公司致力于減少車用塑料的種類，并盡量使其通用化。這將有利于材料的回收再生和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。未來汽車在工程塑料類型的選擇上將會(huì)發(fā)生巨大的變化。針對(duì)汽車安全性和舒適性、環(huán)保、節(jié)能的需要，將來應(yīng)當(dāng)積極開展無臭無味的內(nèi)飾材料、吸振吸音材料、防靜電易回收材料、憎水和紅外線吸收玻璃以及輕量化材料。