玻璃钢行业废弃物回收利用现状及发展方向

玻璃钢行业废弃物回收利用现状及发展方向李彦春(国家建筑材料工业局技术情报研究所，北京 100024)玻璃钢行业概况我国的玻璃钢(GRP--FRP，玻璃纤维增强塑料)工业起步于1958年，相比许多行业来说玻璃钢是一个小行业，但由于玻璃钢属于新型复合材料，科技含量高，因此工业总产值增长很快，一直以高于我国GDP增长的速度在发展。2003年全球玻璃钢产量约为700万吨，但它的成长空间较大，增长速度也很快。据中国玻璃钢工业协会统计，2003年我国热固性玻璃钢(FRSP)与热塑性玻璃钢(FRTP)的产量已分别达60万吨与22万吨，加上覆铜板(CCL)12.4万吨，总产量超过94.4万吨，已超过德国、日本跃居全球第1位，仅次于美国。表1 1994-2004年中国大陆玻璃钢产量统计表单位：万吨1994199519961997199819992000200120022003200420.521.523.52935.55069748094.4107数字来源：根据玻璃钢协会历年统计资料收集整理现在玻璃钢产品已渗入到工业、日常生活的方方面面，并有持续快速增长的势头。热固性玻璃钢是我国聚合物基复合材料的最大领域，而其中占主导地位的是聚酯玻璃钢(GF/UPR)，2003年产量达60万吨，比上年增加6万吨，较上年增长8%。2004年全国玻璃钢的总产量达到107万吨。其中，热固性玻璃钢(FRP)65万吨，热塑性玻璃钢(FRTP)27万吨，玻璃布基印刷电路板(CCL)15万吨。2004年国内生产不饱和聚酯树脂87万吨，进口13.27万吨。胶衣用量已达12000吨。近年来，随着玻璃钢产量的增加，对品质的要求也越来越高。在今后的几年中，中国玻璃钢工业将在能源、交通、船舶等领域有较大的发展。表2 2003年热固性玻璃钢消费市场分类表分类市场用量/万吨比例/%建筑2440管、罐14.424工业器材7.212陆地车辆与地面辅助设施3.66船艇2.44

其他8.414手糊生产工艺，技术落后，劳动效益低下，一直是制约玻填钢工业发展的瓶颈之一。如今，玻璃钢生产企业的机械化程度逐年增强，生产效率和产品质量大幅提高。近年来，河北、山东、河南、江苏和广东等地的企业，着力进行技术改造，分别增添纤维缠绕机、SMC及BMC原料生产线和压机、拉挤机，去年新建连续板材生产线4条，这为玻璃钢工业技术进步、扩大生产规模的天平上，又加上一个重重的砝码。现在，300条纤维缠绕定长管（含贮罐和夹砂管）生产线、200条SMC和BMC生产线用压机、200条拉挤成型生产线、3条纤维缠绕连续管生产线以及100台RTM机和550台喷射成型机，构成行业今年实现规模效益的领军力量。GMT（玻纤增强热塑性塑料片材）已经形成年产250吨的生产能力，这些可做汽车发动机罩、保险杠和端底衬板产品，今年将替代韩国进口，同国产轿车一起，走在全面建设小康社会的大路上。由于生产规模的扩大，2004年，传统的FR-SP产量和产值较去年增长串不低于10%，FRTP将增长5%，SMC和BMC磨压制品、FW（纤维缠绕）压力容器、拉挤玻璃钢产品将增长15%。国家日益增多的城市交通、房地产等基本建设，刺激了玻璃钢建筑用材市场。2003年我国新增3条玻璃钢波纹板生产线，使波纹板生产线的数量增至7条，且今年的需求依然趋旺；平板、彩条板、太阳能板和透明板等产品，以其耐化学腐蚀、耐高温等特性，在市场上深受用户欢迎，甚至赢得了农民兄弟的喜爱；SMC模压板组合式水箱、整体卫生间、纯玻璃钢及压力克浴缸、井盖、垃圾箱、桌椅、冷却塔、空调器、各类风机和净化槽日渐普及，仍呈上升趋势。市政建设和西部开发，使玻璃钢管道用量继续增加。由于我国各地市政建设速度加快，西部开发热潮涌来，带动了玻璃钢管道产品的热销。一根直径为3.1米、长12米的玻璃钢管，仅玻璃纤维与不饱和聚酯树脂两个主要原料的用量就分别是2吨与3吨，所以玻璃钢管道市场的火爆，也成为上述相关原辅材料的新的经济增长点。新疆一输水工程采用直径400毫米玻璃钢管，目前已经使用200公里，今年还有200公里管道正在制造中，这一工程还将采用直径为3.1米的玻璃钢管。江苏省常热市已将300公里的玻璃钢管道成功地应用到市政建设中。素来对产品品质要求十分苛刻的上海市，在政策引导下，市建委开始了淘汰水泥管与铸铁管，推荐推广玻璃钢管的工作，目前已成功应用100余公里。在上海，夏季暴雨成灾、积水盈尺的气候环境中，玻璃钢管道显示出防水防腐的优势。继天津、上海之后，北京和广州等地，使用玻璃钢管道，已纳入今年的市政工程建设规划中，相信，不久的将来，玻璃钢管道，将成为更多地区的市场宠儿。越来越多的玻璃钢工业企业，质量意识增强、质量管理水平提高，其中，上海杰士杰公司、河北中意玻璃钢有限公司、河北华信可耐特玻璃钢有限公司、山东金光集团公司、湖南长沙远铃住房设备有限公司、浙江东方集团公司、新疆永昌复合材料有限公司和北京玻璃钢研究设计院、哈尔滨玻璃钢研究院等生产企业和科研企业，经过多年的市场搏杀，成为行业领头羊。截至2003年11月份，在中国玻璃钢工业协会800余家会员单位中已有10%的企业通过7ISO9000质量体系认证。良好的品质为他们步出国门，走向国际市场拓宽了通道。2002年，玻璃钢出口产品金额已逾5亿元人民币，较上年增长39.77%，产品远销

欧美。在国际市场中，我国的游艇、拉挤型材、格栅、冷却塔、空调器、风机、整体卫生间和浴缸等玻璃钢产品越来越被外商看好。尽管市场发展情况颇佳，但我国的玻璃钢行业存在着不少问题。我国的玻璃钢行业基本是在封闭环境中自我发展起来的，因此基础十分薄弱，以下几方面问题亟待解决。首先是我国玻璃钢产业的布局有待调整。国际上是玻璃钢树脂原料厂商的数量少、企业规模大，产品多为中小企业制作；而我国却是树脂厂家多而小，这样分散使得不少厂家的树脂产品质量差、能耗大、成本高。我国每年要大量进口玻璃钢原料，长期以来，国内的树脂价格一直高于玻纤价格，与国际市场恰恰相反，可以说，原料的落后在一定程度上制约了我国玻璃钢行业的发展。另外，我国热塑性玻璃钢的比例还不大，发达国家已达到了1/3以上。热塑性玻璃钢由于生产过程是物理变化，因而污染少、能耗小，它的生产效率高并且能再生利用，是国际玻璃钢行业的发展方向。困扰全球玻璃钢行业的一个普遍问题，就是玻璃钢产品的回收利用问题。玻璃钢废弃物的回收利用现状2.1璃钢度弃物处置的必要性我国目前玻璃钢年产量已达90多万吨左右，按10%比例计算每年仅加工过程中的玻璃钢边角废料及废次品就会有9万多吨。玻璃钢制品的使用寿命一般为15-20年。20年前使用的玻璃钢已开始报废和失效，加起来这数字是惊人的。因此，玻璃钢废弃物的处理刻不容缓。由于玻璃钢具有优异的耐腐蚀性能，很难自然销毁。生产过程中产生的边角废料以及失效的玻璃钢制品越来越多，造成了环境污染。如何处置这些废弃物，或将回收再利用，引起世界各国的关注。西欧各国的环保当局曾明令表示：如不解决玻璃钢等复合材料的再利用问题，将限制发展。可以说，环保问题已成为玻璃钢工业发展的一大障碍。从这里也可以看出，为什么近几年，玻璃钢工业发达国家出现停滞不前局面，甚至一些发达国家将部分玻璃钢企业迁移国外生产。1996年4月1日起施行的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》规定：国家鼓励、支持开展清洁生产，减少固体废弃物的产生量。产生工业废物污染环境的措施，并且实行工业固体废物申报登记制度。对于产生的不能利用或暂时不利用的工业固体废物，企事业单位必须按国务院环境保护行政主管部门的规定建设贮存或者处置用的设施、处所。看来，玻璃钢废弃物的处置问题，已经成为当前我国玻璃钢行业面临的一个十分紧迫的重要课题，广大玻璃钢行业和再生资源利用行业的工作者，都有责任有义务去研究它、解决它。2.2玻璃钢废弃物处置现状随着对玻璃钢废弃物回收的环保呼声的日益强烈，玻璃钢废弃物的回收问题已极为突出。世界各发达国家对玻璃钢废弃物的回收利用十分重视，如：美国在80年代即开展热分解回收方法可行性研究；日本通产省于1990年设立玻璃钢再资源化处理委员会，并下设调查、标准化、切断破碎、粉料利用和热塑性玻璃钢处理等七个技术分会，自1991年起，

制订了多部有关玻璃钢回收利用和促进回收利用的法令和政策；欧美确定了以“省资源、再利用、资源化、最终处理”为指导方针的玻璃钢废弃物处理的发展方向。目前，玻璃钢废弃物的处理、回收利用方法主要原因有；掩埋、焚烧、化学处理、材料回收等。其中，掩埋（将玻璃钢废弃物投放到黄浦江浸泡30多年后，物化性能变化不大，很难腐烂）会浪费大量的土地，一般选择在山沟或荒地里；焚烧可以利用一部分热能，但却产生大量有毒气体，污染环境；化学处理是将基体材料用化学的方法分解，与纤维分离，回收制成右利用的油、瓦斯等，但这种方法的成本高；材料回收是指利用物理的方法，如切割、粉碎、研磨等将玻璃废弃物制成粉末，作为玻璃钢生产用的填料。比较而言，材料回收方法虽然也存在成本问题，但考虑综合社会效益，相对而言还比较可取的方法。现在，许多国家都在努力对玻璃废弃物进行回收，使之成为可再生利用的资源。有许多报导证实了了玻璃钢材料回收法的可行性。例如，日本将废玻璃钢船艇经过粉碎以后的碎片进行干馏，留下的玻璃纤维在回转炉内熔融，然后固化成石块后为建筑材料使用。还有人利用玻璃钢废弃物研磨成粉末，替代碳酸钙作为玻璃钢材料SMC的填充料，效果很好。这种粉末还可以同水泥混合制成建筑砌块或衬垫材料等，但是，回收利用的经济性、回收后材料的综合性能（如品质的稳定性）等方面还存在一些问题，尚需进一步改进。河北兴华玻璃钢制品有限公司是目前国内规模较大的一家玻璃钢制品企业，年生产玻璃钢制品1000吨以上。因主导产品以手糊作业为主，尽管我们采取多种措施，不断改进工艺，但每年产生玻璃钢下脚料仍达20吨以上。为处理这些下脚料，近年来做了不懈的努力，采取了种种方法，最终，借鉴农用饲料粉碎机粉碎各种茎蔓的经验，进行改造，反复试验改进，研制成功了玻璃钢废料粉碎机，并将其运用到铁路客车聚酯混凝土地板项目中，取得显著成效，将废料中分离出的玻纤加入到人造石中，物理指标一下子提高了将近30个百分点。由于在添加经粉碎处理的玻纤时也把树脂颗粒加进去了，所以不仅提高强度还解决了原来存在的龟裂收缩变形等问题。很快成功地将采用玻璃钢下脚料开发研制的铁路客车仿大理石地板申报了专利。该地板得到了当时铁道部李森茂部长的赞扬，并在全铁路系统推广。1995年以后新造的铁路客车包括旧地板改造车，全部采用该项技术生产的地板。该项技术开发成功以后，每年可以消化掉该公司90%以上的下脚料。甚至有时本公司的下脚料不能满足，还需要外单位的下脚料拣来处理回用。这不仅仅解决了环保问题，还产生了经济效益。玻璃钢下脚料这种人见人恨的“烂刺猬”真的变废为宝了。该公司研制的处理方法简单易行，设备投资小，只要购买功率较大的锤式粉碎机；进行如下改造即可：1）把原来的筛改为自制筛（用3毫米钢板钻孔）；2）将粉碎机的壳体进行一下补强（防破裂处理）；3）改装进料口（以满足下脚料饲喂）；4）把旋锤臂杆进行一下补强；5）功率不足时可以增大电机或换一下槽轮降低转速。目前，因为受产品品种的限制，处理的废料仍然局限在聚酯混凝土、人造石等产品上。近年来，山东省武城县针对当地玻璃钢废料污染严重的问题，切实加大治理力度。武城县环保局建议县政府制订出台了《玻璃钢废料管理规定》，通过广播电视等多种媒介大

力宣传，严禁滥倒乱烧玻璃钢废料。并在全县玻璃钢加工较集中的乡镇建立了6处场址，对玻璃钢废料实行定点储存、统一处理。县环保局在逐一深入到全县200多家玻璃钢加工企业开展宣传的同时，进一步加大监管力度，严厉查处各类不法行为，先后查处滥倒乱烧玻璃钢废料案件20余起，使玻璃钢废料污染问题得到明显好转，受到群众一致好评。目前，我国玻璃废弃物的回收利用工作仅仅刚开始起步。要做好这一工作，各有关部门应做好先导研究工作，吸取国外的先进经验，制定出适合我国国情的玻璃钢废弃物处理、回收利用办法。并广为宣传，强制指导玻璃钢企业合理处置。国外严厉的环保法规，刺激了回收利用技术的提高。但是，回收利用的经济性、回收后材料的综合性（如品质的稳定性）等问题，成了当前广泛进行回收利用的一大障碍。玻璃钢废弃物的回收利用3.1玻璃钢废弃物的来源玻璃钢废弃物按其废弃物原因可分为两类，即产业废弃物和一般废弃物。产业废弃物来自成型过程中，主要是成型中产生的纯而洁净的边角余料、废料和和废品。一般废弃物来自使用过程中，主要原因是到寿命失去功能的废弃制品、未到寿命而因运输、施工、使用过程中偶然损坏的废弃制品和因更新换代淘汰下来的尚能使用的制品（其中一部分转为他用，一部分作为废弃物）。玻璃钢下脚料，是一种给环境造成严重破坏，而又不可再生处理的固体垃圾。它已经成了困扰甚至制约玻璃钢工业发展的不利因素。作为新兴的复合材料，玻璃钢以其优异特性在航海、建筑、交通、环保、电子、化工、城市景观等领域得到非常广泛的应用，成为一种与国计民生休戚相关的功能性材料。我国自20世纪60年代研究成功玻璃钢以后，逐渐从军事工业向民用推广。特别是改革开放以来，伴随着国民经济的突飞猛进，玻璃钢也得到了同步发展。全国已经出现一大批大大小小不同规模的玻璃钢厂。玻璃钢的发展，不仅推动了国家的材料工业的进步，缩短了我国与发达国家的差距，同时还拉动了地方经济的发展。凡事有利就有弊。玻璃钢迅猛发展的同时，也产生大量边角废料。这种边角料，尤以手糊成型为多。一般工艺要求边不超过5毫米，要求严格的也只能控制在3毫米以内。这样计算，手糊工艺制作时产生的下脚料约占材料消耗的3%〜10%，个别小件产品超过10%。每生产100吨玻璃钢制品的产生2—3吨下脚料。我国玻璃钢生产现仍以手糊为主，因此每年产生的玻璃钢下脚料是十分可观的。玻璃钢下脚料大小不等、形态不一，堆放占用很大的场地；传统的处理方法一是燃烧，二是深埋。玻璃钢下角料的处理方法探索。3.2玻璃钢废弃物的回收利用方法玻璃钢废弃物的来源往往决定其回收工艺。纯而清洁的玻璃废料、废品等一般用物理粉碎法回收；被油漆、胶粘剂、衔接件等污染的废弃物常用化学热解法回收。这两种方法能回收用于或类似的新产品的填料，回收用于填料被优先考虑。

玻璃钢废弃物中有机物含量一般较低、灰分高，且焚烧后CaCO3转化为CaO,影响制品的固化和物理性能，作为能量回收收益十分有限，但对于树脂含量高的玻璃钢和塑料废弃物而言，能量回收不失一种好方法。玻璃钢废弃物回收利用最适宜的用途由以下条件决定：①回收粒子的尺寸和尺寸范围；②回收粒料与新的基体树脂的相容性；③回收粒料与所取代的填料的应用效果比较，理想情况是回收粒料提供某些优良性能而成本低于其他填料；④粒料的残留强度：回收粒料中的的玻纤强度下降不大时，可作增强材料，否则只能用于增强性能要求不高的产品或进一步研磨作填料。国内外玻璃钢废弃物的处理一般有以下几种方法：作为水泥原料。该方法是把玻璃钢废物先粉碎为粒径10mm大小的粉末，吹入水泥窑炉内，可作为燃料燃烧煅烧的残渣作为水泥原料使用；作为高炉炼铁的还原剂使用。把玻璃钢废弃物粉碎粒度为1-lOmm的粉末，吹入高炉，利用废弃物的碳与氧反应生成一氧化碳，把氧化铁还原成为铁。物理回收。将玻璃钢废弃物粉碎成粒度不同的粉末，作为填料使用如作轻型水泥扳、BMC、SMC等的填料。利用这种方法，生产成本最低，处理方法简单，粉碎成本相对较高，作为微劝添加到BMC、SMC中或作玻璃钢的填料，随着填料的增加，除降低收率外，一般力学性能有所下降。化学回收法。这种方法是把粉碎后的微粒溶解于乙二醇，在230—245°C碱性催化剂作用下使树脂分解，分离出玻璃纤维，再加入顺丁烯二酸或反丁烯二酸进行再反应，重新生成不饱和聚酯树脂，得到的不饱和聚酯树脂分子量有所提高，产品性能有较大程度提高。表3 玻璃钢废弃物回收方法对比类型方法适用范围回收产物用途化学回收热解包括被污染的FRP废弃物热解气、热解油固体副产物用于燃料和新FRP、热塑性塑料等到的填料各其它用途物理回收粉碎只适用于未被污染的废弃物粉料用于新FRP、塑料、涂料和铺路材料能量回收焚烧中适用于树脂含量较调摄废弃物热量发电、热源3.21热解法美国汽车协会和通用公司共同努力，在1988年和1989年分别由Conrad工业公司和WindGap，J.Beers公司进行了数十吨SMC废弃物热解试验，证实了热解法的可行性。热解法是借鉴塑料、橡胶高温分解回收法，将玻璃钢废弃物在无氧情况下，加热分解成为保存能量成份的热解气和热解油，以及以CaCO3、玻纤为主的固体副产物，其热解产物随热温度的不同而不同，一般在400-500C回收热解油为主，在600--700C回收热解气为主，玻璃钢废弃物热解产物的组成、性能、用途见表4。表4玻璃钢废弃物热解产物表

种类含量/%发热量（燃烧热）成 份用 途热解气148939kcal/N•cm3与天然气接近供热解以能量，用作燃料热解油149240kcal/kg以芳香成分为主，与重油组成进一步分馏、改性作燃料接近固体副产物72CaCO3、玻纤、炭黑用作SMC、BMC、ZMC、塑料的填料，铺路材料一旦热解过程开始，即温度达到480-980°C，所产生的热解气具有足够的能量供给热解使用，达到自给，多余部分，可存储用作燃料。热解过程和最终产品满足安全性和环保的要求。热解法最大的优点在于可处理被油漆、粘接剂和其他材料污染的玻璃钢废弃物，而金属异物在热解后从固体副产物中除去。热解法是最具开发应用前景的回收技术。玻璃钢废弃物中的玻纤在热解的高温下力学性能下降，进一步研磨后，可与其他固体副产物研磨粉料一起用作填料，替代CaCO3。在通用A级汽车SMC用料中，其替代量高达CaCO3，填料的30%（混合物的12%）时，对加工和力学性能无不良影响（见表5）。表5玻璃钢热解副产品力学性能比较力学性能4%热解副产物8%热解副产物12%热解副产物16%热解副产物SMC材料拉伸强度/MPa弯曲强度/MPa弯曲模量/GPa缺口Izod冲击强度/N无缺口冲击强度/N粘合实验搭接切变负载（25C）/kgLora指数7117611.010581138229877117811.711211335335367918011.010151335209827016510.39081282229846717811.010681232203843.2.2粉碎回收法若玻璃钢废弃物未被污染，粉碎回收法是最好的回收方法，回收的粒料和粉料可象CaCO3,那样应用情况取决于粒子的尺寸和尺寸范围，如表6。表6 粉碎法回收粒科尺寸应用范围粒子尺寸应 用 领 域>25X25建材，如废纸制造的纸板、轻型水泥板、家用地面覆盖材料和隔间材料3.2-9.5mm屋顶沥青、BMC、混凝土等的填料、铺路材料补强剂或填料<60im（200目）SMC、BMC和热塑性塑料填料

玻璃钢废弃物回收粗粉碎粒料用于BMC,用量可达50%；粉料用于SMC,用量可达30%；以SMC废弃物回收粉料为例，全部取代CaC03和玻纤制得的BMC制品力学性能是标准BMC的70%,而充模性能提高50%-100%,密度下降15%以上。用于BMC的粗粉碎料中的纤维较标准BMC中的纤维的增强效果差。玻璃钢废弃物回收粉料用于BMC、SMC材料性能见表7和表8。由表7和表8可以看出：回收料在BMC和SMC中用量分别达到50%和30%时，对材料的机械性能影响不大，但却使材料比重下降较大，可制得轻质产品。表7 含不同用量玻璃钢废弃物回收粉料的SMC配方及性能对比表SMCNo.1No.2No.3树脂/份(wt)100100100配CaC03/份(wt)1257836方回收粉料/份(wt)03260GF(2.54cm)/%303030收缩率/%0.060.070.08比重1.731.641.59制拉伸强度/MPa787779品拉伸模量/GPa11.7611.5311.15性弯曲强度/MPa200213186能弯曲模量/GPa12.3311.8011.35冲击强度/(kg•cm•cm-2)82.087.486.0表8 含有机玻璃废弃物粗粉碎回收料的BMC配方及材料性能对比表配方编号ABCDEF树脂/份(wt)100100100100100100配粗粉碎物/份(wt)178178178178178CaC0/份(wt)7474747474方3其它/份(wt)6.46.46.46.46.46.4固化特性GT(S)393842364338材CT(S)565659516256比重1.631.651.551.661.671.93料拉伸强度/MPa43.440.236.241.435.9100.5拉伸模量/GPa5.385.376.886.335.6612.62

性弯曲强度/MPa17.716.213.321.918.643.4弯曲模量/GPa6.166.425.126.826.6012.50能冲击强度F/(kg•cm•cm-2)8.26.35.86.36.828.0E(kg•cm•cm-2)12.79.04.88.66.831.5压缩强度/MPa20.177.1111.1115.796.4130.54 尽快制定玻璃钢废弃物的国家标准是行业健康发展的基本保障近年来，我国玻璃钢行业发展甚速，废弃料亦相应增长，影响环保，不利行业持续发展，而废弃料的经济回收利用乃是国内外复合材料行业还未解决的课题，因而引起行业有识之士与地方政府管理部门的高度重视。近年来，玻璃钢行业开展了全国玻璃钢企业“玻璃钢废弃物处理与回收利用”意向调查；与北京玻璃钢研究设计院合作，开展玻璃钢废弃物综合处理与再生技术的研究，并与中国水泥协会共同探讨将玻璃钢废弃物用于水泥窑烧结试验的可能性。2003年秋，全国玻璃钢行业可持续发展（固体废弃料回收利用）现场