车用塑料回收再利用大有可为

文 / 陆 刚

汽车工业的发展同塑料工业的发展是密不可分的，近年来汽车轻量化已成为汽车材料发展的主要方向。汽车轻量化为塑料工业的发展提供了广阔的空间。据介绍，发达国家已将汽车用塑料量的多少作为衡量汽车设计和制造水平的一个重要标志。国外汽车自身质量同过去相比已减轻了20%～26%。预计在未来的10年内，轿车自身的重量还将继续减轻20%。而塑料在汽车中的应用，使汽车轻量化成为现实。

统计数据显示，2012年国内汽车产销双双突破1900万辆，汽车产量的猛增以及汽车轻量化的要求，带动了汽车用塑料需求的不断增加。而与此同时，每年要处理从报废汽车上拆下来的废弃塑料需以万吨计，车用塑料环保化的问题成为摆在我们面前的重要课题。因此，从研究环境保护的角度，重新认识我国汽车的塑料再生利用是非常必要的。随着车用废旧塑料总量的急剧增长,环境与发展的矛盾日益突出，加之人们的环境保护意识增强，以及所面临的全球性能源和原材料危机，如何处理与利用好这些废旧塑料将是摆在世人面前的一大难题。随着塑料工业的迅猛发展,废旧塑料的回收利用作为一项节约能源、保护环境的措施,普遍受到重视，对车用废旧塑料的治理已经刻不容缓。尤其是发达国家,这方面的工作起步早,已经收到了明显的效益。

一、车用塑料回收再利用的方法

为了提高汽车塑料材料再生利用率，必须从两个方面着手解决。首先是设计上考虑使汽车零件容易拆卸，而且一个零件尽可能是单一品种材料，即使是复合材料也要尽量使用复合性少的材料；其次是开发材料再生技术，如分离技术、相溶技术、再生材料应用技术。丰田、福特等汽车公司在技术上已达到废车材料回收率90%的目标，并开始实行。基于上述原则，热塑性聚烯烃弹性体（TPO），PP发泡材料、GMT等材料的用量将有较大的增加。目前，塑料制品的实际利用率已达85%，预计2015年将达到95%。但汽车塑料的回收与再生利用，即便在一些回收处理技术较先进的国家也尚在研究完善之中。

国外主要是采用燃烧热能利用的方法来处理废旧塑料件，并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。但日本及欧洲各国近年来分别提出了对汽车废旧塑料的利用要求，并规定了具体年限。由于这些国家政府的高度重视，促进了汽车废旧塑料的利用。美国福特汽车公司回收汽车塑料，并将运用到道路表面铺设上。对于占汽车总用料约20%的非金属汽车废料，该公司传统的做法是填埋处理。但是今后将回收这些废料，其中塑料占10%。这些塑料将与细石料混合在一起，作为路面铺设的材料。由于废旧塑料的回收、再生与利用技术，在国外已经成为一个热点，并正逐步成为一个新兴的产业。

今后几年间，我国将建设一批具有一定规模和水平的再生资源加工基地，研究开发一批急需的废弃物无害化处理技术和再生资源加工利用技术；建设若干个不同层次、不同类型、不同规模的再生资源回收集散基地和规范化的再生资源交易市场；集中力量支持一批示范工程，主要包括以钢铁企业为龙头的报废汽车回收拆解一体化示范工程，废家用电器、电脑再制造及加工处理示范工程等；对废旧物资回收企业实行战略性调整，通过组建企业集团，实行股份制改造，开办中外合资合作企业等形式，培育一批有竞争力的大型废旧物资回收企业集团。废旧塑料回收、再生和利用更应从源头抓起，科学地进行汽车部件的选材尤其是新产品的选材，更能促进塑料的回收和再生利用。

二、车用塑料典型部件的回收再利用实例

采用填埋处理和焚烧处理虽然能处理掉一些废旧车用塑料，但是弊端也是显而易见的，更好的方法是进行废旧塑料的回收再生利用。乘用车典型外饰件主要有保险杠、燃油箱、散热器格栅及车灯等，下面就分别介绍这几种典型汽车零部件的回收利用技术。

废旧保险杠一般采用熔融法进行再利用，先使用化学溶剂浸泡脱除表面的漆膜，然后采用简单或复合再生法加工制作外观、性能要求不高的塑料制品。该法除漆效果及处理能力都比较低，产生的废液对环境危害较大。一些企业采用热解法进行回收利用,将回收的保险杠用于热解炼制燃油或燃气,但其热解后的残余产物难以处置，易产生二次污染。此外，部分企业在回收的过程中加入少量化学药品改性他用。国外汽车保险杠回收利用过程中，除了采用化学法以外，更多地采用物理法。根据塑料的透光性、密度或溶解性的差异，实现不同材料的分离处理。日本东京都立大学采用密度法，对水槽内塑料片施以强磁场，根据塑料带磁性能及浮沉深度不同而分离不同保险杠材料。高效去除表面涂膜是保险杠再利用的技术难点，国外的一些机构正在从事相关研究。韩国现代汽车公司采用水射流冲击的方式去除保险杆表面的漆膜。日本TATSUDA N 等在用高压水脱除漆膜后，采用双螺杆活性挤出机获得可满足制造新保险杠要求的塑料。日本SINTOKOGIO 公司将保险杠粉碎至0.8mm 左右，然后高速喷丸冲击塑料表面，将涂漆剥落，然后清洗回收。

国内报废燃油箱的回收利用主要有能量回收和热解两种方法。能量回收法是指将废旧燃油箱与煤混合后在水泥窑中焚烧生热，利用其产生的热量。热解法是指通过预处理、热裂、高温分解、冷却回收等流程处理报废塑料，获得热解燃油及燃气。这两种方法回收利用率较低，且回收过程中易产生二次污染。近年来，国外出现了多种新的燃油箱回收再利用技术。美国J.M.YERNAUX 等建立了一套报废燃油箱回收系统，回收的HDPE材料性能良好，可用于燃油箱再生产。美国BROOKS 等采用蒸汽爆破法回收HDPE 燃油箱，将报废塑料燃油箱和木材一起转化成一种混合纤维。日本的ITOM 等通过热分解，催化反应及蒸馏等一系列过程回收报废燃油箱等塑料作为石油工业的原料。德国BASF 公司采用蒸馏法去除油箱表层易爆物质和油污，通过延长加热时间防止油箱塑料物性的劣化。

散热器格栅和车灯的主要材料是ABS 和PMMA，其回收技术的难点的是去除格栅表面的油漆，以及格栅和灯具中的金属、玻璃等杂质。国内除了焚烧及直接填埋处理外，大多用于生产低级的塑料产品或改性后他用，例如，将报废 PMMA 清洗、干燥、粉碎，然后加入到适量的丙酮溶液中，可作于粘结玻璃、陶瓷、石材等的粘结材料。荷兰FOMA ENGINEERING 公司开发了可用于PMMA 和ABS 分离的离心分离系统，利用该分离系统可以获得精细分离的塑料，为生产高附加值的制品创造了条件。比利时K.SMOLDERS 等通过采用流化床进行热分解的方法将PMMA 分解成MMA，使其回收率达到90%～98%。韩国的 GARAMTECH 公司将回收的报废车灯整体粉碎后，去除金属成分同ABS 新原料混合后用于制造新的灯壳。

软质汽车仪表板由PVC 外壳、反应注射PU 泡沫和ABS/PC 基体三部分构成，它是汽车上的重要功能件与装饰件，其组分及形状复杂，难以回收利用。国内多采用能量回收和热解两种方法。国外开发PP 类仪表板回收再利用的技术，将废旧的PP 仪表板粉碎，添加由70%～92%的石蜡聚合物和8%～30%的无机填料组成的混合物，之后加热熔融和捏炼，生产出PP占45%～65%、乙烯橡胶占 10%～20%、无机填料占20%～40%的树脂合成物，将该树脂合成物用作生产新仪表板的基体。

座椅使用的塑料材料主要有表皮、骨架和缓冲垫。表皮材料一般是聚氯乙烯 (PVC)人造革、各种化纤纺织品、真皮和人工皮等，缓冲材料为模压发泡的软质高弹性聚氨酯(PU)材料，骨架多为热塑性玻纤增强聚丙烯(GMT)材料。座椅的缓冲材料PU 泡沫回收后可用于生产地毯衬垫等减振降噪部件。回收方法是将颗粒化的废旧PU 泡沫与泡沫胶布板物混合，添加MDI预聚物，生产新的泡沫塑料。

汽车车门内板材料一般由三层结构组成：表皮主要是TPO和PVC，中间层是PU泡沫或者PP泡沫，骨架一般为ABS和增强PP等。部分汽车车门内板有织物，粉碎后先把织物筛选掉，然后分别用浮选、多次静电分选，得到单一成分的PP、PVC、ABS 和TPO塑料。

顶棚是汽车内饰件中大型及显著的装饰件之一。其主要是由PU、PP、ABS/PVC等多层不同材料复合粘接压制而成。由于顶棚材料成分复杂，且各层之间难以分离，大多混同其他回收采用热解回收的方式制取燃料或燃气。大多数轿车及中小旅行车的杂物箱材料多为PP，回收过程相对简单。国内外在回收的过程中，经过简单的清洗后同其他PP材料混合回收利用或是直接采用热解法制取化工原料、燃油和燃气等。对于发泡软质PVC材料，由于其密度小、质量轻，一般不做单独处理，混同其他难处理塑料材料采用热解法制取化工原料或燃烧法回收能量。

三、车用塑料的回收再利用前景

塑料制品加工相对容易、耗能少、大部分制品可回收再利用，产品优点很多，应用范围广，是值得推广使用的产品。塑料制品对减少人类对环境的破坏和降低能源消耗方面做出了贡献。这是社会进步的结果，当然不正当的使用、过度的使用和不科学的应用，塑料制品也会对环境造成危害，对此我们应研究并防止其发生，使塑料制品为环境保护和节约能源起到积极作用。废弃车用塑料有很多用途，亟待开发利用。据了解，目前我国废弃塑料应用市场非常火爆，市场价值在1000亿元以上。近年塑料原料涨价对该市场起到了巨大推动作用，废弃塑料价格有很大增幅，较为纯净的PE、PP回收料价格最高达6000多元，几乎接近未涨价前原料的价位。

无论是从充分利用地球资源角度，还是从环境保护的立场来看，都必须积极开展汽车废旧塑料的回收利用技术的研究。废弃塑料应用途径很广，除了显著降碗料制品成本以外，还能加工很多产品，具有很大市场开发前景。例如塑木制品，用于建筑材料、铁道枕木、界桩、隔音板材，下水井盖、农用的简单制品、家具和装演等。有的塑料还能用作涂料原料，PET饮料瓶在增豁后还能再用作食品饮料瓶，在钢铁厂用作还原剂。在日本用来发电，在挪威用来建设高速公路，在美国用来做铁道枕木。美国福特公司目前也开始回收汽车塑料，并将这些塑料与细石料混合用放路面铺设，这对于各国汽车塑料“废物利用”无疑是一个极好的启示。

对汽车零部件特别是新产品的选材，要注重从环境保护出发，选择的塑料品种尽量趋于集中统一，以便分类回收和整体回收，这是塑料回收再生利用的基础；要选择密度小、容易回收利用的品种，如热塑性弹性体(TPE)，其性能介于塑料和橡胶之间；采用废弃塑料瓶(PBT)生产的回收塑料，用于汽车连接器、灯座、能量吸收装置，及车身壁板等部位；塑料业界与汽车行业加强合作，共同推进使用环保新材料，提高原材料的可回收率，实现90%以上的材料回收再利用。在抓好车用塑料“出生”环节的同时，也要做好“善终”工作。国外车用废塑料的回收再生与利用，已逐步成为新兴产业。如日本及欧洲各国政府分别提出了对车用废塑料的回收利用要求，并制定了系列法规，其车用废塑料和橡胶的回收利用率预计到2015年可达到95%。要缩小与国外的巨大差距，政府的重视是关键。为此，国家应确立汽车塑料应用技术的环保理念，加快车用废塑料回收利用技术环节上的创新和开发；加快制定相关政策，完善鼓励支持车用废塑料等废旧制品回收再利用的法规。同时，汽车工业及相关研究、设计和生产流通等部门应努力开展车用废塑料回收再利用等技术的研究开发，力争在较短时间内使车用废旧塑料不再污染环境。

四、未来汽车新材料的发展方向

绿色制造日益成为汽车制造业的主要发展方向。特别是自欧盟议会及欧盟理事会通过了ELV相关指令后，对汽车的设计、材料的选择以及制造等均提出了更高的要求。根据ELV的回收指令规定：每一辆报废汽车，其平均重量至少应有85%能够被再利用，其中，材料回收率至少为80%。自2015年1月1日起，这两项指标将分别提升至95%和85%。这就意味着，汽车零部件的设计及其选用材料应遵循便于回收利用的原则。因此，汽车用非金属材料的总体发展趋势是共用化，也就是材料的集中化。当然，材料的选择应尽可能地选择可以回收的热塑性材料，也就是尽量少用和不用热固性材料。因此从回收利用的角度来看，热塑性材料会更广泛地应用在汽车内外饰中，这样，材料的集中化和共用化也就顺理成章。

制约汽车车身新材料应用的重要因素是价格，作为主要新材料的高强度钢、玻璃纤维增强材料、铝和石墨增强,其成本分别为普通碳钢的1.1倍、3倍、4倍和20倍。所以只有大幅度降低这些新材料的制造成本才可能使诸多新材料进入批量生产。如玻璃纤维增强材料将在成本上成为钢材的有力竞争者,虽然它的重量减轻有限,但价格却能为用户所接受。石墨合成材料尽管性能良好，但因其成本居高不下，目前它在汽车工业上很难有所作为。采用新材料与先进的制造工艺是相辅相成的，汽车工业正在努力开发新的制造方法，对传统的工艺进行更新。例如：适用于轻量化设计的连接工艺近年来有所发展，如德国某汽车公司在大批生产的轿车上采用CO2激光束焊接，与传统的焊接工艺相比，焊接成的高强度钢板车身的强度提高了50%。又如，一些复合材料的SMC壳体的材料较厚，大约为2.5～3mm，限制了轻量化的幅度。法国雷诺公司采用新的A级表面精度的SMC模压技术和低密度填料，减薄了零件厚度，使轿车壳体重量比普通SMC工艺下降了30%。据车界人士预测，在今后十年中，轿车自身质量还将减轻20%，除了大量采用复合材料和轻质合金外，车身设计方法也将发生重大变化。由于大量采用新型材料，传统的车身结构及其设计方法可能不再适用，取而代之的是一种基于生物学增长规律的形状优化设计法，这种设计方法既能减少零件质量,又延长了零件的使用寿命。此外,采用新的设计方法还能使车身零件数大幅度减少。如某车型的零件数已由400个减少到75个,质量减轻30%。美国克莱斯勒汽车公司尚未投放市场的概念车由于采用了创新的优化设计法，使整车自重降至544kg。这说明轻量化设计具有极大的潜力。

汽车所用的材料在不断地发展，发展新材料的方法主要是：利用已有的知识和数据，使用计算机对新材料的性能进行模拟，揭示材料结构与性能关系；突破已有理论和规律，发展新概念，采用新技术制造新的材料。发展新材料的途径是很多的，有时甚至是偶然地或意想不到地发现了新材料。目前汽车使用的塑料由几十种高分子材料组成，世界各大汽车公司致力于减少车用塑料的种类，并尽量使其通用化。这将有利于材料的回收再生和生态环境的保护。未来汽车在工程塑料类型的选择上将会发生巨大的变化。针对汽车安全性和舒适性、环保、节能的需要，将来应当积极开展无臭无味的内饰材料、吸振吸音材料、防静电易回收材料、憎水和红外线吸收玻璃以及轻量化材料。