汽车非金属材料的回收.doc

Ｍ Ｃ 研发 MC Research ■ 上汽股份汽车工程研究院／杜汉斌 刘启志 王东川 汽车非金属材料的 回收与再利用 随着汽车工业的发展，汽车不仅消耗了地球上大量的资源，而且还对环 境造成严重的污染，一方面汽车排放的尾气（如 Ｎ Ｏ 、Ｃ Ｏ 、Ｈ Ｃ ｌ 等）对大气 污染剧烈；另一方面，报废汽车的废弃物处理问题也越来越严重。２ ０ ０ ２ 年底， 我国汽车保有量已经达到 ２ ０ ０ ０ 万辆，其中报废量为 ８ ４ 万辆。这样，汽车报 废材料的回收就显得尤为重要，以日本为例，在每年需要处理的 ５ ０ ０ 万辆废 旧汽车中，有 ７ ５ ％ 的材料可回收利用（ 包括再使用零件） ，其余 ２ ５ ％ 是塑料、 玻璃、橡胶等非金属材料，大部分通过粉碎后埋掉，这其中废塑料占非金属 材料总重量的３ ０ ％ ，总体积的 ５ ０ ％ 。但是，由于非金属材料不易降解，采 用填埋处理的方法也逐渐不再为人们所接受。为了尽可能减少非金属材料垃 圾，各国正积极地制订有关政策，促进废旧汽车材料的回收，例如德国规定 制造商必须达到回收 ２ ５ ％ 汽车用塑料的技术要求，促进汽车塑料回收技术 的发展。 国外回收法规的制订与实施 近年来，世界各国都在积极制订汽车回收的各种法规。日本政府于 １ ９ ９ １ 年制订了再生利用促进法 ，规定汽车上所有品种都属于第一种，即义务实 施回收法规。日本汽车工业协会也从 １ ９ ９ ７ 年 ５ 月开始推进“废旧汽车再生利 用启动工程” ，并具体提出回收利用的目标，见表 １ 。 表１ 日本废旧汽车材料回收利用目标 种类 旧车型 新车型 废渣 铅（蓄电池外） １９９６年 ７５％ － ２５％ － ２００２年 ８５％ ９０％ １９９６年的３／５（体积） １９９６年的１／２（质量） ２００５年 ９５％ － １９９６年的１／５（体积） １９９６年的１／３（质量） ２ ０ ０ ２ 年 ９ 月，日本国际贸易与工业部制订了日本报废汽车再生利用法 ， 简称Ｅ Ｌ Ｖ 再生利用法 ，并计划于 ２ ０ ０ ４ 年实施。该法案明确了汽车制造商 和进口商在汽车回收利用过程中应该承担的责任，并规定报废汽车的拆解和 回收所需的费用由汽车拥有者承担。 ８２ ２００５年 第 １１ 期 MC Research Ｍ Ｃ 研发 欧洲议会已经出台了一项用来 处理报废汽车（ Ｅ Ｌ Ｖ ） 的指令，这个 指令的实施对汽车制造商、汽车拆 卸商以及材料回收商都产生影响， 其最终目的是为了加快汽车部件回 收及再利用的速度。汽车制造商也 可能会被要求承担起回收 Ｅ Ｌ Ｖ 所需 全部或部分费用。欧洲议会于 ２ ０ ０ ０ 年 ９ 月 １ ８ 日共同制定了报废汽车 处理法规（ＥＬＶ － ２０００／５３／ＥＣ） 并 规定了汽车材料再生循环率目标值 （见表２ ） ，并且规定２ ０ ０ ３ 年 ７ 月后 新车型原则上禁止使用铅、水银、镉 及六价铬等贵金属。对于在２ ０ ０ １ 年 １ 月 １ 日以后售出的车辆，制造商要 承担全部的回收费用。对于在 ２ ０ ０ １ 年以前售出的车辆，制造商们则要 在 ２ ０ ０ ７ 年以前一直承担回收费用。 表 ２ ＥＣ指令目标值 ２００６年 ２０１５年 再利用和循环利用率 ≥ ８ ０ ％ ≥ ９ ０ ％ 再利用和再生率 ≥ ８５％ ≥ ９５％ 于分析研究所有车型的拆解过程，建立回收网络、材料循环和 开发新的拆解、分离和回收利用技术，成立“材料控制小组” ， 开发镉、铅和六价铬等的替代材料。 汽车非金属材料的回收利用方法及现状 非金属材料在汽车上使用量以及汽车保有量的不断增加， 给非金属材料的回收和再利用带来了巨大的挑战。一方面，汽 车上使用的非金属材料种类繁多，使得非金属材料零部件拆解 下来后难以分类，给回收带来了很大的困难；另一方面，由于 塑料存在老化问题，使得回收的汽车塑料零部件再重用为原零 件的可能性很小，也降低了非金属材料的回收价值。 汽车非金属材料回收的方法主要有焚烧、掩埋和再生 等。目前，国外一般采用燃烧利用热能的方法来处理废旧塑料 件，并且通过一定的清洁装置，将不能利用的废气和废渣进行 清洁处理。但是对于一些塑料，尤其是含氯塑料（如聚氯乙 烯） ，在燃烧过程中会产生氯化氢，造成大气污染。 随着回收法规的实施，汽车废旧材料的焚烧和掩埋处理将 越来越不为人们所接受，日本及欧洲各国近年来分别提出了对 汽车废旧非金属材料的利用要求，并规定了具体年限。由于这 些国家政府的高度重视，汽车工业和相关行业也积极开展汽车 用塑料材料的回收与利用的研究工作，并且取得了一定的成 就。 １．保险杠 这些法规的实施也明确了汽车 生产商对汽车回收再利用的责任。 为此，国外汽车公司纷纷开展报废 汽车拆解和回收再利用的研究。 福特汽车公司从１ ９ ８ ５ 年就开始 研究报废汽车的回收再利用性，采 用限制性物质管理标准，告知福特 的供应商和福特员工对于某些特定 物质使用的限制，对紧固件、材料 选择、部件设计等各个环节做出规 定。 宝马汽车公司系统编制“汽车 拆解图表” ，联合拆解企业免费接受 使用年限低于 １ ２ 年的宝马品牌的报 废汽车，同时还以零部件的“适于 回收利用性”指数提出了自己的可 回收系数。 大众汽车公司于１ ９ ９ ０ 年起致力 汽车保险杠是汽车废塑料再生利用的首要目标。目前轿车 保险杠绝大部分为弹性体改性 Ｐ Ｐ 材料。废旧保险杠材料再生 利用的关键是表面涂装物的除去技术，由于漆膜的阻隔作用， 保险杠的冲击性能和伸长率有较大的下降，只能用于其他性能 要求较低的零部件的制造。但表面没有喷涂的塑料保险杠使用 ４ ～５ 年之后回收再生的材料性能仍然可以满足保险杠的要求， 因此有必要发展彩色热塑性弹性体保险杠。 最近，马自达和谷类综合加工机制造商 Ｓ Ａ Ｔ Ａ Ｋ Ｅ （ 日本广 岛县东广岛市） 共同开发出汽车保险杠的去膜技术。该技术大 幅提高再生材料的去膜率，并且可以提高强度和品质，从而实 现了汽车保险杠的回收再利用。 ２．仪表板 仪表板因涉及种种材料而成为汽车上最难回收的零件之 一。如何选择材料，使材料数量趋于最小值和把可分离性增加 到最大限度，是经济有效地回收仪表的关键。目前使用的仪表 板可分为硬质仪表板和软质仪表板两种。硬质仪表板一般在 轻、小型货车上使用，经一次注射成型。软质仪表板由表皮、 ２００５年 第 １１ 期 ８３ Ｍ Ｃ 研发 MC Research 骨架材料以及缓冲材料等组成；骨 架材料主要由 Ｐ Ｃ ／ Ａ Ｂ Ｓ 合金或者改 性 Ｐ Ｐ 等构成。表皮材料多采用Ｐ Ｖ Ｃ ／ Ａ Ｂ Ｓ 合金材料。但是这几类材料构 成的仪表板，材料的再生利用极为 困难。为了便于回收利用，正在发 展热塑性聚烯烃表皮（Ｔ Ｐ Ｏ ） 、聚丙 烯骨架和聚丙烯泡沫塑料组成的仪 表板。欧宝 Ｖ ｅ ｔ ｒ ａ Ⅱ型车上已装用 Ｔ Ｐ Ｏ 仪表板皮５ ０ 万套。 降低了其原有的性质，不能够满足散热器水室对其性能的要 求，因而在汽车报废时主要作为粉碎残渣埋掉。Ｃ ａ ｒ ｌ ｓ ｏ ｎ 等人 最近开发出一种被称为“尼龙复合材料再生利用”的技术， 采用这一技术，通过加热固相聚合方法，可以将已降解的 Ｐ Ａ ６ ６ 的分子量提高到初始原料分子量的级别，而且再生 Ｐ Ａ ６ ６ 材料制作的散热器水室具有与用原始Ｐ Ａ ６ ６ 树脂制得的 散热器水室基本相同的性能。 ５．燃油箱 塑料燃油箱是在汽车上应用最多、用量最大的塑料件之 一，燃油箱一般是由超高分子量高密度聚乙烯经吹塑制成 的。最近 Ｈ ｕ ｎ ｔ ｅ ｒ、Ｂ ｒ ｏ ｏ ｋ ｓ 等人采用“蒸汽爆破法制取高密度 聚乙烯和木质混合纤维及成毡技术”回收再利用汽车燃油 箱。采用这种技术，可以将废旧塑料燃油箱和木材一起转化 成一种混合纤维。这种纤维经过成毡和热压成形工艺可以制 成各种密度和形状的板材，在汽车工业中可作为车门内板、 隔声阻尼板等部件使用，在其他工业中也有一些潜在的应 用，如用作轮船装货托板、散装货物的集装箱和铁轨枕木等。 另外，使用热塑性弹性体 Ｔ Ｐ Ｏ 取代不易回收的 Ｐ Ｖ Ｃ 制 造门内板蒙皮已成为主要发展方向。而对于目前难于回收利 用的顶棚内衬，也开发出Ｐ Ｐ 瓦楞板＋Ｐ Ｐ 发泡片材＋Ｔ Ｐ Ｏ 表 皮层压成一体的顶棚，提高其回收利用率。 ３．座椅 座椅上使用的塑料材料主要有 表皮、骨架和缓冲垫。表皮材料可 选择 Ｐ Ｖ Ｃ 人造革、各种化纤纺织品、 真皮和人工皮等等。座椅缓冲材料 为模压发泡的软质高弹性聚氨酯 （Ｐ Ｕ ）材料制造，其地位暂时还没有 其他发泡材料所能代替。座椅的骨 架材料逐渐用 Ｇ Ｍ Ｔ 材料取代钢铁 材料。 聚氨酯的回收利用主要有物理 回收、化学回收和能量回收。物理 回收主要是将其作为填料或者是利 用热压成形法将 Ｐ Ｕ 废料压制成成 品或半成品，并应用于对断裂伸长 率及表面性能要求不高的领域，如 车轮罩、挡泥板等客车部件。化学 回收是将 Ｐ Ｕ 材料降解成低分子量 的成分，再结合成相同或不同类型 的高分子量的材料。能量回收就是 将 Ｐ Ｕ 废料粉碎成细粒，作为燃料代 替煤、油和天然气回收能量。 国内外汽车非金属材料回收再利用的差距 ２ ０ 世纪 ８ ０ ～９ ０ 年代，随着汽车工业引进技术国产化的 不断深入，汽车塑料开始步入全面发展阶段，车用塑料的用 量逐步增长。据统计，目前国产轿车塑料的单车用量达到 １ ０ ０ ｋ ｇ ，所使用的汽车专用塑料主要类型和品种与国外基本 相同。我国轿车塑料的应用水平，无论从单车用量、应用品 种以及塑料制件的生产技术，均已基本达到引进国外同类产 品的技术水平。但汽车专用塑料牌号少，产品性能不能满足 选材要求，需进口或采用改性塑料替代；而且材料标准混乱， 不利于大批量生产与应用，尤其缺乏生产汽车专用塑料的大 型骨干企业；塑料的回收、再生利用与国外差距也很大。 实际上，提高材料应用的综合技术，科学地进行汽车部 件的选材尤其是新产品的选材，是汽车废塑料回收和再生利 用的基础。选择的汽车塑料品种趋于集中统一，便于将来报 废后的分类回收和整体回收利用。目前在国外已开始倡导材 料综合应用的观念，充分提高材料的利用率，并将其应用于 汽车塑料材料的设计与生产实践中，而我国在这方面的应用 及实践还几乎为空白。另一方面，在我国，由于环保理念的 ４．散热器水室 目前，散热器水室几乎都是由 玻纤增强尼龙（Ｐ Ａ ６ ６） 制备，作为 汽车中聚酰胺材料用量较大的塑料 件之一，由于在使用过程中逐渐老 化，当汽车行驶１０ 万 ｋｍ 左右，ＰＡ６６ 的分子量下降为原来的一半，大大 ８４ ２００５年 第 １１ 期 MC Research Ｍ Ｃ 研发 偏差，加上有些部门环保意识与重 视程度不够，目前对报废汽车中塑 料的回收、再生和利用方面的问题 尚未提到一定的高度上来认识，相 当部分还是采用燃烧这一落后方法 来处理汽车废旧塑料，因而造成相 当严重的大气污染问题。 从长远的利益出发，从保护环 境的角度出发，在着重解决对空气 污染的同时，对汽车的废旧塑料及 橡胶类材料造成的污染也应该引起 足够的重视。目前，汽车上拆下的 废旧塑料引发的环境污染问题在我 国已日趋严重，国家有关部门应迅 速采取措施并制订相关的政策来解 决这个问题，尽早完善节能、节材 法规和回收处理废旧金属、塑料及 橡胶等废旧制品的法规，并通过一 定的鼓励政策来支持对汽车的废旧 塑料及橡胶之类材料的回收和再生 利用工作，从而将汽车的废旧塑料 等易污染型制品的种类、使用年限 限定在更科学、更合理的范围之内。 有必要研究汽车非金属材料的回收与利用。提高汽车废旧非 金属的回收利用率，主要有以下几种方法 （ １ ）塑料零部件的可拆卸设计 开发利用快速适配系统、 可重复使用的紧固系统及其他能使拆卸更为便利的技术和装 置。废旧塑料零部件的拆卸速度越快，拆卸费用就越低，这 样就能使回收塑料具有经济上的可行性。 （ ２ ） 优先选用易回收的塑料材料 尽量多使用热塑性塑料 如聚丙烯（Ｐ Ｐ ） 、聚乙烯（Ｐ Ｅ ）以及尼龙等可以重复使用的 材料，即使这些材料经回收之后不能作为原来的部件使用， 还可以作其他用途。而对于热固性塑料，如酚醛树脂和不饱 和树脂，则尽量避免使用。 （ ３ ） 减少汽车使用的塑料材料品种 目前汽车塑料所用树 脂品种多达 ２ ０ 种，而仪表板就使用了 ６ 种以上的塑料材料， 估计汽车塑料件树脂品种可减少至 ４ ～９ 种，其中最合适的是 Ｐ Ｐ ，Ｐ Ｐ 容易工业方法回收，而且其配方适应性强，可用作多 种不同的汽车零部件，Ｐ Ｐ 可以共聚物、均聚物、三元共聚物 树脂的形式供应，适合共混和合金化，可以配混成弹性体或 者加工成泡沫材料，可掺混填料和增强剂。日本汽车制造厂 家比较重视使用 Ｐ Ｐ ，占其汽车用塑料的 ２ ５ ％ 。减少汽车上塑 料件用树脂品种，可简化回收工作，在材料选择上已开始出 现这种趋势。尤其是一些大型塑料件，如仪表板。 （ ４ ）高塑料树脂的相容性 Ｇ Ｅ 塑料公司研制出了一种仪 表板，使用改性聚苯醚（ Ｐ Ｐ Ｏ ） 和相容高聚物（ 主要是聚苯乙烯 （Ｐ Ｓ ） ） 的共混物，这样就可以避免使用聚甲醛和尼龙制造仪 表板中的细小零件，而这些材料与聚苯乙烯无相容性，达到 仪表板上这一小部分零件的树脂与仪表板上的大部分构件的 树脂相容的目的。这样，相容性塑料组成的仪表板就可以不 加拆卸地整体回收。 解决方法 建立汽车塑料应用技术的环保 理念，政府重视是关键之中的关键。 同时，政府部门也应该充分借鉴国 外先进经验，制订汽车方面的法规， 建立汽车拆解企业网络，明确汽车 制造商、汽车拆解企业和消费者应 该承担的责任与义务。 我国汽车工业及相关工业的研 究、设计、生产流通等部门，应努 力开展汽车的废旧塑料回收、再生 利用等技术的研究开发工作，力争 在较短的时间内，使汽车废旧塑料 不再成为污染环境、困扰人们的环 保与可持续发展的难题。 考虑到汽车用非金属材料的多 样化和用量的不断增加，因此完全 结语 随着国民经济的发展，汽车的产量和需求在不断增加， 但每年报废汽车总量也在不断增加，报废汽车尤其是废旧非 金属材料的不合理处置，会带来环境的污染、资源的浪费以 及影响汽车工业的正常发展等一系列社会问题。因此，研究 汽车的回收与再利用技术就显得很有必要。而以高分子材料 为主的汽车废料处理是汽车材料回收利用研究最重要的内容 之一，只有较好地解决了这类材料的回收利用问题，才有可 能实现汽车材料回收利用的目标。 文章查询编号 Ｗ１１２０ ２００５年 第 １１ 期 ８５