1、再生汽車(chē)塑料研究報(bào)告序論1.1 課題背景隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，汽車(chē)作為一種交通工具，將會(huì)在社會(huì)生活中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，我國(guó)汽車(chē)社會(huì)保有量將會(huì)有大幅度的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到 2010 年，我國(guó)汽車(chē)社會(huì)保有量將達(dá)到 3200 萬(wàn)輛。汽車(chē)購(gòu)買(mǎi)、使用和報(bào)廢是汽車(chē)消費(fèi)的三部曲，隨著保有量的增加，汽車(chē)報(bào)廢量也在不斷增加，目前，我國(guó)每年的廢舊汽車(chē)約為 145 萬(wàn)輛左右，預(yù)計(jì)到 2010 年，將有超過(guò) 350 萬(wàn)輛的廢舊汽車(chē)需要報(bào)廢。同時(shí)，相關(guān)資料顯示 1 ，我國(guó)汽車(chē)塑料用量在逐年增大，轎車(chē)平均使用量為 70 kg，汽車(chē)塑料年用量在 2005 年時(shí)就已達(dá)到 40 萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)到 2010 年，我國(guó)的汽車(chē)塑料總

2、用量將達(dá)到 80 萬(wàn)噸左右。采用塑料制造汽車(chē)部件的最大好處是減輕了汽車(chē)重量， 但是隨著汽車(chē)報(bào)廢量的增加， 汽車(chē)塑料的回收成為社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)。一方面，汽車(chē)塑料種類(lèi)繁多，使得塑料分類(lèi)困難；另一方面，由于塑料存在老化問(wèn)題，使得回收的汽車(chē)塑料零部件再使用和再制造的可能性很小， 也降低了塑料的回收利用價(jià)值。 廢舊塑料不能有效回收利用， 是制約汽車(chē)可回收利用率提高的主要因素。 因此，研究汽車(chē)塑料的回收利用技術(shù)， 對(duì)于節(jié)能環(huán)保和促進(jìn)汽車(chē)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，具有重要的意義。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 汽車(chē)塑料回收利用相關(guān)法規(guī)歐盟成員國(guó)、 日本、韓國(guó)及中國(guó)等汽車(chē)生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)， 在歷經(jīng)多年的汽車(chē)工業(yè)發(fā)展道路

3、之后已充分意識(shí)到， 報(bào)廢汽車(chē)的處理問(wèn)題已不容忽視， 做好回收利用工作勢(shì)在必行。 為此，這些國(guó)家已陸續(xù)出臺(tái)報(bào)廢汽車(chē)處理的相關(guān)法規(guī)， 對(duì)汽車(chē)回收利用 1 出了一系列的要求。 2000 年 9 月 18 日，歐盟發(fā)布了代號(hào)為 2000/53/EC 的報(bào)廢汽車(chē)回收指令，及 2002 年 6 月 27 日發(fā)布補(bǔ)充文件 2002/523/EEC，提出了一系列報(bào)廢汽車(chē)回收利用的目標(biāo)，包括到 2005 年報(bào)廢汽車(chē)中回收利用率按重量計(jì)算要達(dá)到 85%，到 2015 年達(dá)到 95%2,3 。2002 年 9 月，日本國(guó)際貿(mào)易與工業(yè)部制訂了汽車(chē)回收利用法，并于 2005 年 1 月 1 日正式實(shí)施 4 。該法案提出

4、日本報(bào)廢車(chē)再生利用的中長(zhǎng)期目標(biāo)，即 2005 年日本汽車(chē)實(shí)際回收利用率為88%，2010 年為 92%， 2015 年為 95%。韓國(guó)的汽車(chē)回收法是作為“電氣電子產(chǎn)品及汽車(chē)的資源循環(huán)法”的一部分，制定于 2007 年 4 月， 2008 年 1 月 1 日開(kāi)始被正式實(shí)施 5 。該法規(guī)規(guī)定了報(bào)廢汽車(chē)的回收利用率，從 2008 年開(kāi)始，提高報(bào)廢汽車(chē)的回收利用率到 85%以上， 2015 年 1 月 1 日開(kāi)始，努力達(dá)到 95%以上，并要求相關(guān)行業(yè)者必須遵守此規(guī)定。 2006 年 2 月 6 日，我國(guó)頒布了汽車(chē)產(chǎn)品回收利用技術(shù)政策，提出了廢舊汽車(chē)回收率的三個(gè)階段的目標(biāo) 6 。第一階段目標(biāo)： 2010

5、 年起，所有國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口的 M2 類(lèi)和 M3 類(lèi)、 N2 類(lèi)和 N3 類(lèi)車(chē)輛的可回收利用率要達(dá)到 85%左右，其中材料的再利用率不低于 80%；所有國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口的 M1 類(lèi) N1 類(lèi)車(chē)輛的可回收利用率要達(dá)到 80%，其中材料的再利用率不低于75%。第二階段目標(biāo)： 2012 年起，所有國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口汽車(chē)的可回收利用率要達(dá)到1 / 790%左右，其中材料的再利用率不低于 80%。第三階段目標(biāo)： 2017 年起，所有國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口汽車(chē)的可回收利用率要達(dá)到 95%左右，其中材料的再利用率不低于85%。在現(xiàn)代汽車(chē)中，塑料比重為達(dá) 10%-15%7 ，是比較難回收的汽車(chē)材料。而從上述法規(guī)可知， 各國(guó)對(duì)汽車(chē)材料回收率都

6、提出了很高的要求。 因此，需要加大汽車(chē)塑料的有效回收利用，才能滿(mǎn)足這些法規(guī)的回收利用率的要求。1.2.2 汽車(chē)塑料回收利用關(guān)鍵技術(shù)（ 1）汽車(chē)塑料的可回收性設(shè)計(jì)技術(shù)（ 2）汽車(chē)塑料的識(shí)別技術(shù)（ 3）汽車(chē)塑料的分離技術(shù)（ 4）汽車(chē)塑料的高效拆解技術(shù)（ 5）汽車(chē)塑料的回收利用技術(shù)1.2.3 典型汽車(chē)塑料件的回收利用技術(shù)（ 1）保險(xiǎn)杠的回收利用技術(shù)（ 2）儀表盤(pán)的回收利用技術(shù)（ 3）燃油箱的回收利用技術(shù)（ 4）座椅的回收利用技術(shù)（ 5）地毯的回收利用技術(shù)（ 6）散熱器水室的回收利用技術(shù)（ 7）照明燈罩的回收利用技術(shù)第二章汽車(chē)塑料LCA分析與回收利用實(shí)證技術(shù)清單研究2.1 常用汽車(chē)塑料簡(jiǎn)介(1)聚丙烯

7、（ PP）(2)丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯共聚物（ ABS）(3)聚乙烯（ PE）(4)尼龍（ PA）(5)聚碳酸酯（ PC）(6)聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA）2.2 汽車(chē)塑料 LCA分析2.2.1 產(chǎn)品生命周期分析方法2.2.2 汽車(chē)保險(xiǎn)杠的生命周期建模2.2.3 汽車(chē)保險(xiǎn)杠全生命周期單元過(guò)程清單分析2.2.4 產(chǎn)品生命周期評(píng)估分析結(jié)論2 / 7本研究通過(guò)詳細(xì)的清單分析，計(jì)算了汽車(chē)保險(xiǎn)杠產(chǎn)品生命周期的能源消耗和環(huán)境排放，結(jié)論如下：（ 1）生產(chǎn)單元消耗的總能量主要為電能，共為 50.8472 千瓦時(shí)，占整個(gè)汽車(chē)保險(xiǎn)杠生命周期能耗 74.43 千瓦時(shí)中的很大一部分。而在每 7.46kg 報(bào)廢保

8、險(xiǎn)杠（ 2個(gè)）中，整個(gè)的回收再利用單元所耗費(fèi)的能量只占到了生產(chǎn)單元的1/6 ，因此，可以間接看出保險(xiǎn)杠回收再利用的巨大價(jià)值。（ 2）汽車(chē)保險(xiǎn)杠的原材料是原油。每生產(chǎn)2 個(gè)使用回用料的保險(xiǎn)杠（7.46kg），就可以用 1kg 的回用料代替原油，省下 4.5kwh 的能量。在當(dāng)今石油消耗巨大，作為一個(gè)世界上比較主要的石油進(jìn)口國(guó)， 任何能夠節(jié)省石油和能源的方式都有其重要的意義。（ 3）整個(gè)汽車(chē)保險(xiǎn)杠生命周期的廢氣排放量為 CO2為 15830.66g，SO2為 164.63g，CO為 2.46g，NOx 為 73.16g，主要來(lái)自于電能的生產(chǎn)。2.3 汽車(chē)塑料回收利用實(shí)證技術(shù)清單研究2.3.1 探討

9、車(chē)用材料回收利用實(shí)證技術(shù)2.3.2 探討汽車(chē)塑料回收利用實(shí)證技術(shù)2.4 本章小結(jié)本研究首先開(kāi)展了汽車(chē)保險(xiǎn)杠的產(chǎn)品全生命周期評(píng)估， 研究結(jié)果表明： 保險(xiǎn)杠的生產(chǎn)是能源消耗的主要環(huán)節(jié)， 而回收再利用環(huán)節(jié)的直接能源消耗不多； 保險(xiǎn)杠的原材料是石油，通過(guò)回收再利用，每生產(chǎn) 2 個(gè)使用回用料的保險(xiǎn)杠（ 7.46kg），就可以用 1kg 回用料代替石油； 保險(xiǎn)杠的環(huán)境排放則主要來(lái)自所消耗的電能生產(chǎn)。因此，通過(guò)汽車(chē)保險(xiǎn)杠的回收再利用，可以獲得可觀的節(jié)能減排效果。其次，在對(duì)汽車(chē)塑料回收利用技術(shù)進(jìn)行文獻(xiàn)綜述和開(kāi)展汽車(chē)保險(xiǎn)杠產(chǎn)品生命周期評(píng)估研究的基礎(chǔ)上， 按物理再利用、 化學(xué)再利用和能量回收三個(gè)層次， 建立了 2

10、25 張汽車(chē)塑料回收利用實(shí)證技術(shù)清單， 為我國(guó)車(chē)用材料回收利用實(shí)證技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化提供科學(xué)依據(jù)和理論指導(dǎo)。第三章汽車(chē)塑料中紅外識(shí)別技術(shù)研究3.1 汽車(chē)塑料識(shí)別技術(shù)(1)外觀識(shí)別法(2)燃燒識(shí)別法(3)密度識(shí)別法(4)浮選識(shí)別法(5)熱分析識(shí)別法(6 )X 射線(xiàn)熒光識(shí)別法（ XRF）(7)中紅外光譜識(shí)別法 (MIR)(8)近紅外光譜識(shí)別法 (NIR)(9)摩擦靜電識(shí)別法3 / 73.2 汽車(chē)塑料中紅外識(shí)別法3.2.1 傅立葉變換紅外光譜儀工作原理3.2.2 儀器簡(jiǎn)介 （IR200 傅立葉變換紅外光譜儀識(shí)別系統(tǒng)）3.2.3 試驗(yàn)步驟3.2.4 開(kāi)發(fā)汽車(chē)塑料中紅外識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)3.3 本章小結(jié)報(bào)廢汽車(chē)非金屬

11、零部件回收再利用的最大困難是其識(shí)別和分離， 從而限制了報(bào)廢汽車(chē)再利用率的提高。 本研究在參照 9 種汽車(chē)塑料塑料技術(shù)的基礎(chǔ)上， 建立了由中紅外光譜儀、衰減全反射（ ATR）附件和自行開(kāi)發(fā)的 “汽車(chē)塑料中紅外譜圖庫(kù)”構(gòu)成的“汽車(chē)塑料中紅外識(shí)別系統(tǒng)” 。該譜圖庫(kù)包含了 200 多種汽車(chē)塑料中紅外譜圖，為后續(xù)開(kāi)發(fā)實(shí)用、有效的報(bào)廢汽車(chē)塑料識(shí)別技術(shù)和方法提供了識(shí)別基準(zhǔn)。第四章汽車(chē)塑料近紅外識(shí)別技術(shù)研究4.1 近紅外光譜技術(shù)4.1.1 近紅外光譜技術(shù)原理4.1.2 近紅外光譜儀的基本構(gòu)成4.1.3 近紅外光譜技術(shù)在塑料識(shí)別中的應(yīng)用4.2 近紅外光譜儀識(shí)別系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā)4.2.1 光譜儀的選型4.2.2 測(cè)樣

12、器件的選型4.2.3 測(cè)試臺(tái)架的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)4.3 近紅外光譜儀識(shí)別系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)4.3.1 汽車(chē)塑料近紅外光譜的采集4.3.2 建立數(shù)學(xué)模型的方法4.3.3 功能模塊設(shè)計(jì)4 / 74.4 近紅外光譜儀識(shí)別系統(tǒng)的使用與結(jié)果分析4.4.1 近紅外光譜儀識(shí)別系統(tǒng)的使用4.4.2 結(jié)果分析4.5 本章小結(jié)為適應(yīng)報(bào)廢汽車(chē)拆解現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別的要求，本課題以 PP、 PE、ABS、 PA、PC、PMMA等六種汽車(chē)塑料為識(shí)別對(duì)象， 研究和開(kāi)發(fā)了光柵色散型 “報(bào)廢汽車(chē)塑料近紅外識(shí)別系統(tǒng)”。該系統(tǒng)采用 BTC261型 InGaAs陣列近紅外光譜儀、積分球測(cè)樣器件、鎢絲燈光源、 光纖反射探頭、 測(cè)試臺(tái)架和電源組件構(gòu)成， 化

13、學(xué)計(jì)量學(xué)軟件系統(tǒng)由樣品采集模塊、 模型建立和校正模塊、 樣品檢測(cè)模塊等三部分組成。 樣品采集模塊的功能是采集樣品光譜， 形成樣品集文件用于建立定性校正模型以及未知樣品的檢測(cè)。模型建立和校正模塊的功能是針對(duì)樣品集， 通過(guò)采用光譜預(yù)處理算法和建模模型算法，建立定性校正模型。其中，光譜預(yù)處理算法采用 Savizky-Golay 平滑、 Norris 微分和中心化處理等三種算法，建模模型算法采用主成分分析結(jié)合馬氏距離的模式識(shí)別算法。 樣品檢測(cè)模塊則針對(duì)未知樣品的光譜， 通過(guò)模型預(yù)測(cè)，給出定性結(jié)果。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)識(shí)別準(zhǔn)確率超過(guò) 95%，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別的要求。但由于光譜儀波段的限制（ 9001700nm

14、），該系統(tǒng)在識(shí)別黑色塑料時(shí)，識(shí)別正確率較低。第五章摩擦電序法識(shí)別技術(shù)研究5.1 摩擦電序識(shí)別和靜電分離法及其在汽車(chē)塑料回收利用中的應(yīng)用5.1.1 摩擦電序法原理5.1.2 摩擦電序法識(shí)別汽車(chē)塑料5.1.3 摩擦筒分離汽車(chē)塑料5.1.4 電暈充電帶分離汽車(chē)塑料5.2 摩擦電序法識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)研究5.2.1 摩擦電序?qū)嶒?yàn)基礎(chǔ)研究5.2.2 摩擦電序識(shí)別電路的開(kāi)發(fā)5.3 本章小結(jié)本章首先針對(duì)課題開(kāi)發(fā)的近紅外識(shí)別系統(tǒng)的不足， 探討了摩擦電序識(shí)別和靜電分離方法的基本原理及其在汽車(chē)塑料分離中的應(yīng)用， 并認(rèn)為這是提高報(bào)廢汽車(chē)塑料5 / 7識(shí)別準(zhǔn)確率和進(jìn)行大規(guī)模分離的重要技術(shù)手段。 其次，開(kāi)展了汽車(chē)塑料摩擦電

15、序法識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究。 一是通過(guò)利用法拉第筒檢測(cè)摩擦靜電的大小和極性，得出各種塑料在摩擦電序表中的位置： (+)PA PMMA PC+ABSABS銅 PP PE(-)，該摩擦電序不受塑料樣品顏色和添加劑的影響。 二是利用摩擦電序法原理，開(kāi)發(fā)了可識(shí)別 PP和 ABS兩種汽車(chē)塑料的摩擦電序識(shí)別電路。第六章總結(jié)與展望6.1 總結(jié)汽車(chē)輕量化技術(shù)使汽車(chē)塑料的用量越來(lái)越大， 在報(bào)廢階段， 由于種類(lèi)繁多、 識(shí)別分離困難，導(dǎo)致不能有效回收再利用，制約了汽車(chē)產(chǎn)品實(shí)際回收利用率的提高。因此，研究報(bào)廢汽車(chē)塑料的識(shí)別技術(shù)， 對(duì)于汽車(chē)行業(yè)推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)、 促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。 本文在對(duì)汽車(chē)塑料回收利用技術(shù)

16、進(jìn)行文獻(xiàn)綜述和開(kāi)展汽車(chē)保險(xiǎn)杠產(chǎn)品生命周期評(píng)估研究的基礎(chǔ)上， 按物理再利用、 化學(xué)再利用和能量回收三個(gè)層次，建立了汽車(chē)塑料回收利用實(shí)證技術(shù)清單， 為我國(guó)車(chē)用材料回收利用實(shí)證技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化提供科學(xué)依據(jù)和理論指導(dǎo)。其次，建立了汽車(chē)塑料中紅外識(shí)別系統(tǒng)， 開(kāi)發(fā)了汽車(chē)塑料中紅外譜圖庫(kù)， 為后續(xù)開(kāi)發(fā)實(shí)用、有效的報(bào)廢汽車(chē)塑料識(shí)別技術(shù)和方法提供了識(shí)別基準(zhǔn)。第三，為適應(yīng)報(bào)廢汽車(chē)拆解現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別的要求，以 PP、 PE、ABS、PA、PC、PMMA等六種汽車(chē)塑料為識(shí)別對(duì)象， 研究和開(kāi)發(fā)了報(bào)廢汽車(chē)塑料近紅外識(shí)別系統(tǒng)， 測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)識(shí)別準(zhǔn)確率超過(guò) 95%，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別的要求。最后，針對(duì)汽車(chē)塑料中的碳黑嚴(yán)重影響近紅外識(shí)別

17、準(zhǔn)確率之不足，開(kāi)展了汽車(chē)塑料摩擦電序法識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究， 探討了摩擦電序識(shí)別和靜電分離方法在汽車(chē)塑料分離中的應(yīng)用前景， 并認(rèn)為這是提高報(bào)廢汽車(chē)塑料識(shí)別準(zhǔn)確率和進(jìn)行大規(guī)模分離的重要技術(shù)手段，為報(bào)廢汽車(chē)塑料的大規(guī)模識(shí)別分離提供了新思路。6.2 主要研究結(jié)論（ 1）汽車(chē)保險(xiǎn)杠的產(chǎn)品生命周期評(píng)估研究表明：保險(xiǎn)杠的生產(chǎn)是能源消耗的主要環(huán)節(jié)，而回收再利用環(huán)節(jié)的直接能源消耗不多； 保險(xiǎn)杠的原材料是石油， 通過(guò)回收再利用，每生產(chǎn) 2 個(gè)使用回用料的保險(xiǎn)杠（ 7.46kg），就可以用 1kg 回用料代替石油；保險(xiǎn)杠的環(huán)境排放則主要來(lái)自所消耗的電能生產(chǎn)。 因此，通過(guò)汽車(chē)保險(xiǎn)杠的回收再利用，可以獲得可觀的節(jié)能

18、減排效果。（ 2）汽車(chē)塑料中紅外識(shí)別系統(tǒng)由 Nicolet IR200型傅立葉變換紅外光譜儀、衰減全反射（ ATR）附件和自行開(kāi)發(fā)的“ SJTU汽車(chē)塑料中紅外譜圖庫(kù)”構(gòu)成。該譜圖庫(kù)包含了 200 多種汽車(chē)塑料中紅外譜圖， 為后續(xù)開(kāi)發(fā)實(shí)用、 有效的報(bào)廢汽車(chē)塑料識(shí)別技術(shù)和方法提供了識(shí)別基準(zhǔn)。（ 3）光柵色散型“報(bào)廢汽車(chē)塑料近紅外識(shí)別系統(tǒng)”的硬件系統(tǒng)采用 BTC261型InGaAs陣列近紅外光譜儀、積分球測(cè)樣器件、 鎢絲燈光源、 光纖反射探頭、測(cè)試6 / 7臺(tái) 76 架和電源組件構(gòu)成，化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件系統(tǒng)由樣品采集模塊、模型建立和校正模塊、樣品檢測(cè)模塊等三部分組成。 樣品采集模塊的功能是采集樣品光譜，

19、 形成樣品集文件用于建立定性校正模型以及未知樣品的檢測(cè)。 模型建立和校正模塊的功能是針對(duì)樣品集， 通過(guò)采用光譜預(yù)處理算法和建模模型算法， 建立定性校正模型。其中，光譜預(yù)處理算法采用 Savizky-Golay平滑、 Norris 微分和中心化處理等三種算法，建模模型算法采用主成分分析結(jié)合馬氏距離的模式識(shí)別算法。 樣品檢測(cè)模塊則針對(duì)未知樣品的光譜， 通過(guò)模型預(yù)測(cè)，給出定性結(jié)果。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)識(shí)別準(zhǔn)確率超過(guò) 95%，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別的要求。但由于光譜儀波段的限制（ 9001700nm），該系統(tǒng)在識(shí)別黑色塑料時(shí)，識(shí)別正確率較低。（ 4）針對(duì)近紅外識(shí)別系統(tǒng)的不足，研究了報(bào)廢汽車(chē)塑料的摩擦電序識(shí)別技術(shù)基礎(chǔ)。利用法拉第筒法建立的汽車(chē)常用塑料摩擦電序?yàn)椋?(+)PAPMMA PC+ABS ABS銅 PPPE(-)并且不受樣品顏色和添加劑的影響。 利用摩擦電序法原理，開(kāi)發(fā)了可識(shí)別 PP和 ABS的摩擦電序識(shí)別電路，根據(jù)被測(cè)塑料在摩擦電序中的位置，選擇適當(dāng)?shù)哪Σ粱鶞?zhǔn)材料， 通過(guò)靜電