纤维增强塑料或FRP重量轻，具有高机械性能，耐腐蚀，寿命周期长，并且易于制造不同的形状。这种特性的结合使得玻纤增强成为汽车工业和其他运输领域非常有吸引力的材料。热固性玻璃钢的回收提出了特别困难的挑战，因为一旦热固性基体树脂分子交联，它们就无法熔化或重整。

与其他材料相比，热塑性纤维增强塑料本质上是可回收的。然而，由于其多相性质而难以回收。它们可以包含三种或更多种成分，包括纤维增强材料、树脂基体和填料。在这里，我们重点讨论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。

回收对纤维增强塑料的影响

目前有多种方法用于纤维增强塑料的回收。这些包括：

机械回收

热回收

化学回收

这些技术主要用于热固性基体复合材料，但这些方法同样可用于热塑性基体复合材料。

FRP 回收问题：纤维断裂、聚合物降解、纤维分散不良

能源方面的考虑表明，对于此类材料来说，重塑是更理想的选择。热塑性复合材料重塑的最大问题是它们表现出机械性能的下降，其程度取决于回收过程以及使用条件历史。

性能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造成的。 观察到的纤维断裂意味着回收材料中的增强纤维将比初始产品中的增强纤维短，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FRP性能的主要因素。

值得注意的是，与长纤维增强塑料相比，再加工过程中的纤维断裂对短纤维 FRP 增强性能的影响较小。这意味着机械回收这些材料具有巨大的潜力。此外，机械回收的简单性和相对较低的成本使其成为纤维增强热塑性塑料回收的明显选择。

除了回收过程中纤维长度的减少之外，基质聚合物的降解也是一个问题。这种退化还会导致纤维/基体界面粘合的变化在回收的热塑性复合材料中。由于已知界面结合是影响最终产品机械性能的主要因素，因此界面结合的变化会显着影响复合材料的性能。

与界面粘合相关的是纤维增强材料在基体聚合物中的分散程度。理想的情况是纤维在整个复合材料中均匀分散。

然而，众所周知，加工条件会对附聚物的存在产生重大影响，如果处理不当，与纤维增强塑料回收相关的额外处理可能会导致高纤维区域增加。这可能会影响最终产品的性能，特别是不同地区性能的均匀性。

受纤维增强塑料回收影响的性能包括：

拉伸强度

杨氏模量

FRP 的这些性能与增强纤维的长度有关，纤维越长，值越高。如前所述，FRP 的回收会导致纤维断裂，并且这种纤维断裂会导致 FRP 的拉伸强度和杨氏模量降低。聚合物文献报道，通过多个回收步骤，两个参数最多可降低 25%。

所有这些效应都会影响FRP的机械性能：

纤维断裂取决于初始 FRP 中纤维的长度。

无论增强纤维的性质如何，聚合物都会发生降解。

长纤维增强材料的分散通常相当困难，并且由于纤维断裂而在回收时实际上可以改善分散。

但必须注意的是，补强效果也会随着纤维长度的相应减少而减弱。因此，需要在 FRP 的分散和增强效果之间取得平衡。

应该指出的是，许多讨论的效果都是用碳纤维和玻璃纤维作为 FRP 中的增强材料观察到的。目前，碳纤维复合材料已应用于飞机和航天器部件、高尔夫球杆杆身和赛车车身等高端产品的制造。目前，大部分废物都被送往垃圾填埋场。由于碳纤维的成本相对较高，这提出了一个独特的问题。

克服与回收问题相关的问题

在本节中，将提供解决先前讨论的问题的方法的建议。在某些情况下，这些建议已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，需要进行额外的研究工作来验证这些建议的有效性。

#1 - 纤维断裂的解决方案

需要确定的是，对 FRP 进行任何类型的机械加工都可能发生一定程度的纤维断裂。因此，需要采取必要的措施来限制观察到的纤维断裂。或者，相反，如果接受 FRP 回收过程中会发生一定程度的纤维损坏，则必须接受回收的产品在某些应用中可能没有用处。

附图是玻璃增强聚丙烯的性能与纤维长度的关系图。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。

尽管如此，还需要观察到所有性能，包括刚度、韧性和强度，在某些纤维长度值处达到最大值。除了该纤维长度之外，观察到很少或没有额外的增强效果。

从图中的信息可以看出，关于纤维增强塑料的回收，有两个主要要点。

首先，根据 FRP 材料的所需应用，需要确定纤维增强材料的最佳纤维长度。只要在各个回收步骤中保持纤维长度，FRP 产品将继续用于所需的应用。
相反，需要监测和调整回收步骤期间的加工条件，以确保始终获得最小纤维长度。例如，在与再熔化和再成型过程相关的造粒操作期间，再加工的颗粒需要被生产至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，如果初始 FRP 产品含有长纤维增强材料，并且在回收过程中发生明显的纤维断裂，则该产品可能仍可用于某些所需性能不那么高的应用。
这是合理的，因为纤维断裂会导致增强效果降低，从而降低性能。然而，在某些应用中所获得的性能仍然足够。因此，应该可以将回收的 RFP 用于机械性能稍低的其他产品。

#2 - 聚合物降解的解决方案

现在转向聚合物降解 问题，这当然是与许多聚合物加工操作相关的常见问题。然而，增强纤维的存在使聚合物降解问题变得更加复杂，而这在非增强聚合物中是不会遇到的。

这是因为增强材料的存在可能导致额外的聚合物降解，超出了回收过程中通常观察到的降解程度。换句话说，增强纤维实际上可以促进基质聚合物的降解。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。

由于玻璃钢中聚合物降解的趋势增加，回收玻璃钢时应使用通常使用的更高含量的稳定剂。大多数聚合物应使用的稳定剂是众所周知的，这些相同的材料也可用于FRP，只是浓度更高。然而，需要指出的是，对于玻璃钢中使用量不断增加的高温聚合物，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显着减少。

#3 - 增强纤维分散的解决方案

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 FRP 的每个再处理周期，分散不良的可能性都会增加。这是因为 FRP 是一种多相材料，并且已知此类材料在某些加工条件（例如高温）下会分离成组件材料的区域。通过在纤维和基体聚合物之间使用相容剂，可以增强回收 FRP 中增强纤维的分散性。

在初始 FRP 的生产过程中经常使用相容剂，建议每次使用再加工步骤时都将它们添加到混合物中。这应有助于保证纤维在 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质聚合物的性质。增容剂应能够与增强纤维上的化学试剂相互作用以增强分散性。

例如，对于聚丙烯/玻璃纤维材料，用马来酸酐功能化的聚丙烯通常是一种有效的增容剂。

正如已经简要讨论的那样，碳纤维增强复合材料对其回收提出了额外的挑战。由于碳纤维的高价值，人们进行了大量研究以从报废部件和制造废料中提取纤维。该研究的目标是使用这些材料来制造其他碳纤维复合材料。

回收碳纤维可用于小型非承重部件的块状模塑料，也可用作承重壳体结构中的回收材料。回收的碳纤维还用于手机壳、笔记本电脑外壳，甚至自行车水壶架。这种用途可以通过将它们用于除最初目标之外的其他应用来保留相对昂贵的碳纤维。

结论
在本文中，强调并解决了热塑性纤维增强塑料回收所涉及的技术问题。所讨论的问题主要影响材料的最终机械性能。这种效应可能会影响纤维增强塑料在所需应用中的使用，具体取决于所需的产品性能。
已经提出了几种解决这些问题的解决方案。另一方面，需要更多的研究来进一步验证它们的有用性。随着玻璃钢继续应用于汽车和其他运输领域等行业，此类研究对于在这些发展中的应用中建立玻璃钢的有效经济效用至关重要。