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风电叶片用聚氨酯/玻璃纤维混合物热解特性研究

  2024-12-06    119  上传者:管理员

摘要:利用热重分析(TG)和管式炉实验对风电叶片基础组分混合物(聚氨酯和玻璃纤维)的热解特性和产物分布进行研究。TG实验表明聚氨酯/玻璃纤维混合物表现出与纯聚氨酯不同的热解行为,且玻璃纤维将延后聚氨酯脱羧反应发生的温度。动力学计算结果表明,聚氨酯含量将对混合物的热解活化能产生更大影响,玻璃纤维则使得纯聚氨酯热解的第二步转变为两个阶段反应,管式炉实验证明聚氨酯与玻璃纤维质量混合比为3∶6时产生的气体有较高的热值。

  • 关键词:
  • 动力学参数
  • 挥发性有机物
  • 热解
  • 聚氨酯
  • 风电叶片
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风电叶片主要由纤维复合材料制成,由纤维(玻璃纤维、碳纤维或玻璃/碳纤维混杂)、热固性树脂(环氧树脂、乙烯基酯和聚氨酯)或热塑性树脂、夹层芯材(巴沙木或泡沫)、涂层(聚乙烯或聚氨酯)和金属部件(法兰和固定螺栓)组成[1],兼具轻质及优异的力学性能,但对其进行回收在技术上非常复杂,这是由热固性基质固化时在分子间形成化学交联聚合物链造成的[2]。一般风力发电机的使用寿命为20~30 a[3],据估算,至2050年全球将产生4.3×107t退役风电叶片复合材料废弃物[4]。传统的处理方法通常为直接存放在垃圾填埋场、粉碎用作混凝土掺料或直接焚烧回收能量[5]。然而,随着“双碳”目标的提出,简单的填埋和焚烧不再是有效处理退役风电叶片的方法。陈吉朋等[6]认为,使用废弃风电叶片的再生材料生产新产品,是风电行业又一资源可循环路线,并指出风电叶片再生材料的典型应用场景,如生产板材(桌椅和滑雪板等)、建筑外墙、室内地板以及建筑材料等。

越来越多的研究表明,将纤维复合材料废料转化为可再利用的资源,并以“从摇篮到摇篮”的方式实现闭环处理,对于材料在循环经济中的使用至关重要[7]。树脂在风电中除提供粘结、支撑和传递应力的作用外,还广泛应用于叶片前缘保护(leading edge protection,LEP),以防止雨水侵蚀损坏。用于LEP的材料主要为聚氨酯,将预制的热塑性LEP材料置于制造叶片的模具以及起加固作用的干织物上,在织物中注入树脂后,叶片外壳与LEP材料之间通过树脂的扩散和固化而结合[8]。此外,在早期风电叶片中,聚氨酯为主要的基体材料,其价格低廉且成型工艺好。随着现代风力发电的发展,聚氨酯基复合材料不再能适应机组大型化和地区多样化,加之环氧树脂的研究和应用逐渐广泛,其替代聚氨酯成为常用的风电叶片复合材料基体。然而,瑞士DSM复合树脂公司研究了一种新型聚氨酯树脂制造方式,该方法具有更短的固化时间和更高的能源利用效率,生产的树脂能满足现代大型风电叶片对高机械强度和高耐用性的要求。由此可见,无论是用于风电叶片的LEP材料,还是早期的风电叶片亦或是现代新型聚氨酯基叶片,聚氨酯在风电行业的应用都非常广泛,因此在退役风电叶片回收再利用中,聚氨酯/纤维复合材料的研究显得尤为重要。

热解是在隔绝氧气的条件下将复合材料转化为液体焦油、热值气体和残留固态纤维的降解技术[9],是处理异质复杂废料的有效手段。热解回收技术能更有效地从风电叶片中回收纤维,同时消耗相对较低的能量[10]。丹麦Re Fiber Ap S公司开发了Re Fiber工艺,叶片被切割为小段送入热解室内通过热解和气化进行热和材料回收,该工艺回收的纤维强度为原始纤维的50%[11];Nahil等[12]研究了碳纤维增强复合材料的热解性能,并指出在500℃氧化后,热解纤维表现出与原始纤维相当的性能;李良钰等[13]在不同气氛环境下对废弃风电叶片进行了热解研究,将叶片粉碎筛分为0.2~2.0 mm的粉末后送入管式炉内热解,发现风电叶片热解气中CH4含量的峰值出现在CO2气氛中800℃下,CO产量在N2和CO2气氛中随温度的升高而增大,400~600℃条件下,焦油产量在CO2气氛中最大,600℃下CO2气氛处理废弃风电叶片并回收玻璃纤维较为合适。复合材料的流化床热解技术是一种更贴近工业化的处理手段,目前已在中试阶段有效运行,该工艺将材料切碎(6~20 mm),然后在热气流和10~25 k Pa压力下送入硅砂床热解(粒度小于1 mm),温度为450~550℃[14]。废弃复合材料被分离为纤维和挥发性气体,随后气体进入温度为1000℃的第二个氧化室。通过流化床热解,可获得长度为5~10 mm之间的纤维,与生产原始纤维相比,能耗更低[15]。微波利用材料的介电特性能实现对材料的快速加热,可对复杂样品混合物中的目标材料进行非接触性和选择性加热,且微波传递的能量大部分作用于目标样品,热损失低,提高了能源效率。微波热解用于纤维回收与传统热解相比,对纤维的损害更小,因此一些学者研究称,通过微波热解回收的纤维与原始纤维相比,其质量和机械性能得到合理保持[16]。文献[17]开展了废弃风电叶片与污水污泥共热解制备碳材料的研究,废弃风电叶片在600℃下,添加KOH与污泥共热解,结果发现,适当比例的废弃风电叶片含量有助于从污水污泥中获得高质量的碳。

目前,大部分研究以环氧树脂基玻璃纤维/碳纤维材料为对象,针对聚氨酯类复合材料的研究相对较少。本文旨在通过热重动态升温热解和管式炉等温热解实验相结合,针对风电叶片基础组分聚氨酯和玻璃纤维的混合物,研究不同比例聚氨酯与玻璃纤维的共热解特性和产物形成规律,以期为将来风电叶片的回收提供研究基础,同时为相关生产工艺的开发、设计和优化提供理论依据。


1、实验


1.1实验原料

实验研究所用聚氨酯(TPU)为粉末(200目),所用玻璃纤维为无碱玻璃纤维粉末(200目),都是典型风电叶片基础组分。将聚氨酯与玻璃纤维按纯玻璃纤维、纯聚氨酯以及质量混合比为2∶7、3∶6、4∶5的比例混合制备样品,其组成见表1。聚氨酯/玻璃纤维混合物中碳元素含量较多,其次是氧元素。3种混合物灰分含量最高,其次为挥发分。混合物中各成分含量与聚氨酯和玻璃纤维两种单体成质量混合比例的线性关系,物理混合对聚氨酯以及玻璃纤维未产生微观上的影响,这对于混合样品的基础研究是有利的。

表1 样品组成分析

1.2热重和管式炉实验

采用美国TA公司生产的TGA 5500型热重分析仪分别对聚氨酯与玻璃纤维的混合物进行分析,得到各样品的热失重(TG)和微商失重(DTG)曲线。实验选用5、10和20℃/min的升温速率,从室温升温至800℃,保护气为N2,采用CoatsRedfern积分法(CR法)和Flynn-Wall-Ozawa无模型法(FWO法)计算动力学参数[18]。

采用合肥科晶材料技术有限公司生产的OTF-1200x型单温区气氛管式炉对不同比例的聚氨酯/玻璃纤维混合物进行600℃等温热解,实验流程与装置如图1所示。取约9 g样品放置于石英舟内,并预先放入石英管的冷端。设置升温程序加热,期间通入N2进行净化,到达600℃后稳定10 min后关闭N2,将放有样品的石英管冷端推入管式炉的恒温区,反应开始计时。出口依次连接冷却收集焦油装置、排水装置以及电子秤,根据排水法记录反应进行不同时刻的排水量,从而得到反应生成的气体体积。重复相同工况条件,将排水装置更换为气袋,收集反应所得气体。由于实验中产生的焦油大多依附于管壁,收集量少,因此仅对热解挥发性气体采用美国安捷伦技术有限公司生产的安捷伦7890B型气相色谱仪进行定性定量分析。

图1 管式炉实验流程与装置


2、结果与讨论


2.1 TG分析

由于玻璃纤维具有极好的热稳定性,高温下难以分解[19],因此纯玻璃纤维样品的热重曲线不再分析,其余比例在5、10和20℃/min加热速率下的TG-DTG曲线如图2所示,对应的特征参数如表2所示。不同比例样品随升温速率的增加,热解特征温度(ts和tf)升高,而增加混合物中聚氨酯的比例将导致热解峰值温度(tmax)降低。根据DTG曲线中的峰宽,质量混合比3∶6和4∶5样品的分解过程相似性较高,质量混合比纯玻璃纤维和2∶7呈现较大差异。

对于质量混合比3∶6和4∶5的样品,热解过程大致可分为4个阶段,分别对应(25~190)±10℃、(190~460)±20℃、460~680℃和680~800℃温度区间。第1阶段的失重量较少,约为(1.31±0.04)%,可能是样品中水分蒸发以及少量挥发分的释放[20]。第2阶段为样品主要热解阶段,失重量为(30.13±1.35)%(质量混合比3∶6)和(44.19±2.15)%(质量混合比4∶5),该阶段主要为聚氨酯硬段C—O键解聚,生成异氰酸酯和小分子醇类物质[21]。第3阶段的质量损失减少(约为7%)主要为异氰酸酯的脱羧反应,生成烷烃、烯烃和芳香类等

图2 混合物在不同升温速率下的热解TG-DTG曲线

表2 聚氨酯/玻璃纤维混合物在不同升温速率下的热解特征参数

物质[22]。此外,在5℃/min的升温速率下,两种样品在第3阶段的DTG曲线未出现明显下降,当升温速率升高时,出现460~680℃的小峰。高升温速率带来更强的热冲击,促使样品的脱羧反应更为剧烈。第4阶段TG曲线趋于平稳,表明聚氨酯/玻璃纤维分解完成,剩余碳化后的纤维固体产物。对于纯玻璃纤维与2∶7的样品,热解过程大致也能分为4个阶段,不同的是热解速率峰的形状。纯聚氨酯的热解速率峰更为尖锐,而2∶7的峰显得圆润,说明其失重速率随温度变化较为平缓。

代表失重速率主峰特征的t1/2(为R/Rmax=1/2时的温度区间,℃)如图3所示,升温速率对各样品的t1/2影响略有差异。纯聚氨酯和质量混合比2∶7样品的t1/2随升温速率的增加逐渐升高,纯聚氨酯样品的t1/2变化并不明显,说明升温速率几乎不影响聚氨酯热分解过程,当大量的玻璃纤维加入时,高升温速率会拉长反应进程(质量混合比2∶7和升温速率20℃/min时)。对于质量混合比3∶6与4∶5,升温速率对其作用与上述两者相反,随着升温速率的增加,t1/2逐渐降低。高升温速率将加快热解进程,并在更高的升温速率下这种影响将减弱。综合来看,玻璃纤维对聚氨酯的影响受升温速率以及掺入量的影响,较多的玻璃纤维对聚氨酯的降解起到阻碍作用,而较低含量的玻璃纤维则起到促进作用。其次,纤维占比多少的影响程度也是一个待讨论的问题,从本研究来看,当质量混合比由2∶7增至3∶6时,玻璃纤维的阻碍作用将被翻转,真实风电叶片中树脂的含量通常为30%~35%,而纤维含量为60%~65%,这对于热解回收是有益的。

图3 混合物在不同升温速率下的热解t1/2

图4为TG曲线的二阶导数图,可看出各样品分解的过程信息[23]。各比例样品的二阶导情况类似,随着升温速率的增加,主峰值逐渐增大。较大的加热速率增大了聚氨酯/玻璃纤维混合物颗粒内部的温度梯度,增强了传热,有助于有机物的剧烈分解。其次,样品中聚氨酯含量越高,热分解行为越剧烈,具体表现为二阶导数值随聚氨酯比例的增加而增加,但第3阶段的脱羧反应受升温速率的影响较小,各比例此阶段的二阶导数维持在-0.004%/min2。值得注意的是,第3阶段温度区间,纯聚氨酯较混合物提前,此现象在上述分析中也有表现,初步猜测升温速率对各样品脱羧反应的影响较小,主要是玻璃纤维造成脱羧反应的延后。在Stančin等[24]对废硬质聚氨酯泡沫与木屑混合物共热解的研究中,25%、50%和75%含量的木屑几乎不改变硬质聚氨酯泡沫的热解过程,主要是木屑属于有机类物质,而玻璃纤维由无机矿物质组成,对较大分子的断裂有阻碍作用,使得第3阶段的反应延后。

图4 各混合物的二阶导数(D2TG)

2.2动力学分析

2.2.1 CR法

通过计算,最终确定机理函数为式(1)时聚氨酯/玻璃纤维拟合度最高,为式(2)时,纯聚氨酯拟合度最高。

混合物与纯聚氨酯的机理函数明显不同,说明玻璃纤维改变了原始聚氨酯的热解行为。相应的活化能E、指前因子A和相关系数R2列于表3中。总体上,各样品的活化能因升温速率的变化存在差异。纯聚氨酯的活化能随升温速率的增大而减小,其余各比例混合物的活化能随升温速率的增大而增大。纯聚氨酯的热解活化能对比混合物处于较高水平,为112.49~148.42 k J/mol,而混合物为87.01~139.96 k J/mol。对于纯聚氨酯,热解反应只涉及自身分解,大分子断裂为小分子,随后发生一系列的脱羧反应;其次,有研究报道认为聚氨酯的热分解为放热反应,会产生自热[25],在一定程度上为热解提供了额外能量,有利于降低反应势垒。

玻璃纤维具有良好的热稳定性,而聚合类物质在高温脱挥发分后会产生微孔[26],这些微孔可能与玻璃纤维相互作用降低混合物的热解活化能,因此相同升温速率下,混合物的热解活化能比聚氨酯更低。此外,玻璃纤维中的无机阳离子会干扰聚合物的分离,有机组分在热解过程中将与玻璃纤维形成交联[27],这些影响在低升温速率时并不明显;随着升温速率的增大,混合物中的金属离子吸收更多能量,可能会加剧其对挥发分分离的干扰,同时增强交联作用,表现为在更高升温速率下,样品分解所需的活化能更大。从表3还可看出,随着混合物中聚氨酯与玻璃纤维比例的接近,热解活化能值降低,呈现出随着聚氨酯的增多,热解活性相应增大的规律,说明混合物的热解可能以聚氨酯为主导,或是两者相互作用,存在一定协同关系。

表3 混合物的CR法动力学参数

图5为基于样品在升温速率5℃/min和质量混合比2∶7下的活化能变化,当质量混合比为2∶7时,对比于5℃/min的工况,在10和20℃/min时E分别增加了2.45%和5.19%。以相同的对比方法,质量混合比为3∶6时,增加的活化能为4.23%和10.26%。质量混合比为4∶5时,增幅为12.96%和20.57%。可看出,对不同质量混合比的样品,活化能在升温速率逐渐增大的过程中,增幅并不一致,当质量混合比为4∶5时增幅较大。当升温速率为5℃/min时,以质量混合比2∶7为基准,质量混合比3∶6和4∶5的活化能相比减少了14.06%和34.61%。以相同的方法,升温速率为10℃/min时,3∶6和4∶5的活化能分别下降了12.57%和27.90%。升温速率升至20℃/min时,降幅为9.92%和25.04%。观察到在低升温速率下(5℃/min),活化能随着混合物中聚氨酯的增加而大幅降低,而在较高升温速率时,这种影响将减弱。混合物中聚氨酯含量对热解活化能的影响显著大于升温速率的影响。

图5 活化能随升温速率和质量混合比的变化

2.2.2 FWO法

图6所示为聚氨酯/玻璃纤维不同质量混合比的FWO法拟合图,0.2<α(转化率)<0.8,拟合线近似平行,表明此区域内的反应机制可能相同。在此范围外,观察到直线的不平行性,揭示其在较低温和较高温下反应机理的变化。混合样品相比纯聚氨酯在0.8<α<0.9范围内拟合曲线的斜率变大,表现出与纯聚氨酯不同的机制。此外,质量混合比3∶6的样品在全阶段的拟合直线出高度平行特点,说明样品热解变化小,反应过程较为稳定。较低和较高玻璃纤维比例混合物的活化能随反应进行的变化较为类似,说明玻璃纤维量对于热降解的影响可能具有某些相关性,通过FWO法,可更直观地看出样品在各个阶段的热解状况。

图6 聚氨酯/玻璃纤维混合物拟合图

FWO法计算所得的活化能E和相关系数R2如图7和表4所示,各比例样品的活化能变化存在差异,纯聚氨酯活化能在转化率0.1~0.7为一开口较大的上抛物线,在转化率达到0.9后活化能由151.43 k J/mol降至106.36 k J/mol,降幅较大。0.1<α<0.3时,3个混合样的活化能先减少后增加,且当质量混合比为3∶6和4∶5,活化能变化具有较好的一致性。转化率达到0.3~0.6时,3个比例混合物的变化规律都不一致,在此范围内,质量混合比2∶7表现出先增大后减小的趋势(131.52~122.78 k J/mol),质量混合比3∶6活化能先增大后减少再增大(100.47~121.54 k J/mol),而质量混合比4∶5则是先减少后增大再减少(99.65~88.78 k J/mol)。最后,0.6<α<0.9时,3个样品的活化能变化规律趋向一致,先减少后增大,并达到峰值,分别为186.49、141.24和171.85 k J/mol。由此分析,反应初期,低聚氨酯混合物脱水以及聚氨酯硬段的开裂需较高的能量。随着聚氨酯含量的逐渐增加,活化能逐渐减小甚至减小到比纯聚氨酯还小的水平,说明玻璃纤维能促进C—C键裂解产生更高的分支和自由基[28],因而降低了初期活化能。玻璃纤维对聚氨酯热解的影响主要集中于转化率0.3~0.6范围内,该区间对应于DTG曲线的第一个峰值区,玻璃纤维比例的不同对活化能造成不同的影响可能涉及其较好的纤维基体相容性,影响了异氰酸酯在该阶段的断裂,多元醇和各种自由基引发的交联反应。0.6~0.9转化率阶段,对应于TG曲线的第4阶段,剩余异氰酸酯进一步分解以及部分依附于玻璃纤维上的残碳分解需更高的活化能,其E值增大到峰值。而在0.6~0.8区间内的E值减小可能由于混合物降解产生更多促进分子间氢转移的二次氢,分子间氢从较稳定的聚合物转移到不稳定的聚合物自由基,并导致聚合物不稳定,更易发生降解[29]。Kumagai等[30]采用不同硬段与软段组成的聚氨酯进行热解特性研究中,不同聚氨酯的热解过程根据动力学计算可分为0.18<α<0.37以及0.46<α<0.90两个主要阶段。第1阶段的活化能为134 k J/mol,第2阶段为188 k J/mol,第1阶段的活化能水平与本研究相近,而第2阶段则高于本研究,推测玻璃纤维是有助于聚氨酯第2阶段的降解并促使第2阶段的降解分为两步,即转化率为0.3~0.6和0.6~0.9。从图7中还可看出,4个样品的E值都不是转化率的常数函数,表明聚氨酯在N2环境下多步分解,证实了热重分析的结果(图2)。

图7 混合物活化能随转化率的变化

表4 FWO法计算混合物动力学参数

2.2.3 CR法与FWO法的比较

图8所示为CR法与FWO法计算的平均活化能比较,两种方法计算所得的平均活化能均随混合物中聚氨酯比例的增加而减小,且混合物都相较于纯聚氨酯表现出较低的活化能水平,两种方法相互验证了规律的正确性。其次,质量混合比3∶6通过CR法所得平均活化能大于FWO法,其余各比例的平均活化能均呈现出CR法略小于FWO法。实际上,聚氨酯的热解涉及多步非均质过程,是由多个部分的不同分解组成[31],CR法计算动力学时需假设反应级数,且活化能与指前因子一起计算,对计算聚氨酯高分子复杂物质的热解活化能会产生一定的不确定性。而FWO无模型法无需对固体中反应行为进行初步假设,从而能最小化误差。

图8 CR法与FWO法的平均活化能比较

2.3管式炉等温热解结果分析

单位质量样品的气体生成量及其生成速率如图9所示。根据图9a可知,在250.7 s后反应基本结束。随着混合样中聚氨酯含量的增加,最终气体释放量增加,分别为476、627和700 m L,气体释放速率也增大,分别为5.35、7.12和8.21 m L/s。根据气体释放速率,混合样的等温热解可分为3个阶段。第1阶段为0~80.7 s,此阶段气体释放缓慢,随着反应的进行,气体释放速率逐渐减缓;第2阶段为80.7~250.7 s,气体释放速率快速增加,并在150.0~160.7 s达到速率峰值,随后快速下降;第3阶段为250.7~360 s,该阶段为热解结束阶段,气体体积不再变化。混合样等温热解实验与TG实验有一定差别,TG实验中除有一个失重速率主峰外,还存在个别次峰,为样品的脱羧反应,而在管式炉600℃下等温热解仅有一个主要气体释放速率峰。在Zeller等[32]对4种聚氨酯弹性体(硬质与软质泡沫、浇筑型弹性体和热塑性聚氨酯)的热解研究中发现,动态加热条件下,4种样品均出现两个失重峰,对应于异氰酸酯与多元醇的先后分解。在较低温度(350℃)下的等温热解,4种聚氨酯也均出现两步失重过程,而在较高温度(400和450℃)下,两步分解过程弱化,异氰酸酯与多元醇叠加分解,表现为一个失重速率峰。较高温度有利于热解产物的快速析出,几乎能实现有机物的完全分解,这与本研究情况高度相似,该现象值得后续更进一步的研究。

剔除N2影响后不同比例混合物管式炉热解气体GC检测结果如表5所示,各混合物样品热解气体中包含烷烃、烯烃、碳氧化物和少量未检测出的C6+物质。混合物中聚氨酯含量越多,热解气体种类越多,质量混合比3∶6与4∶5比2∶7多检测出一种物质,即丙烯。选取各比例热解代表性气体C6+、CH4、C2H6、C2H4、C3H8、C3H6、C5H12、C4H6、CO2、CO和H2,其含量如图10所示。未检测出的C6+在高聚氨酯含量的样品中较多,烷烃含量则随聚氨酯的增加而减少,质量混合比2∶7样品热解气中的甲烷、乙烷、丙烷和新戊烷含量(分别为2.24%、0.39%、0.22%和0.30%)比其余两个样品都大。质量混合比3∶6的气体中含有最多的乙烯和1,3-丁二烯,其丙烯含量为5.12%。低聚氨酯混合样品的热解气中含有较多烷烃,而较多的烯烃含量出现在3∶6的混合物中。

图9 管式炉实验中单位质量样品气体体积及其生成速率

表5 管式炉气体分布与含量

图1 0 典型气体产物对比

对于低聚氨酯混合物,玻璃纤维在热解过程中与聚合物分解形成的孔隙结构相互作用,促使大分子链物质断裂为小分子,如前文动力学分析中所述,较多的玻璃纤维将较好地促进聚氨酯彻底分解。聚氨酯的热解主要为聚合物的解聚,烯烃的形成主要基于自由基链反应裂化聚合物的机制,H2可能来自于烯烃和芳烃的侧链脱氢,挥发分之间的抽氢反应也会促进H2的生成[17],1,3-丁二烯通过脱氢生成,质量混合比3∶6体现出较好的烯烃生成情况,虽然H2产量随聚氨酯含量的增加而增加,但3∶6混合物中的含量(2.36%)与4∶5的含量(2.67%)相差不大。由此可推测,当聚氨酯与玻璃纤维达到一个合适的比例时,聚合物的抽氢反应会有所增强,从而增加烯烃的产量。两种碳氧化物恰好呈现相反的规律,混合物中聚氨酯含量越高,CO2生成量越高(依次为81.84%、82.02%和84.12%),CO越少(4.16%、2.66%和2.09%),说明在低聚氨酯含量条件下,CO2的歧化反应得到增强。

综合来看,质量混合比2∶7样品热解气体热值较大(C2H6热值为64.35、93.18、59.44、87.61 MJ/Nm3)[33],具有较好的回收利用价值。


3、结论


本文在不同升温速率下,研究风电叶片常用材料聚氨酯与玻璃纤维以不同比例混合共热解的特性、动力学以及挥发分产物。高升温速率将导致混合物更多的失重量,这与纯聚氨酯相反。混合物热解大致可分为4个阶段(25~190)±10℃、(190~460)±20℃、460~680℃和680~800℃。玻璃纤维与聚氨酯的比例对其主要热解区间的影响不同,当质量混合比为2∶7时起到阻碍作用,而质量混合比3∶6与4∶5则起到促进作用。第3阶段的脱羧反应受升温速率的影响较小,玻璃纤维会延后该反应的发生。CR法计算得到的热解活化能显示,混合物中聚氨酯的含量对热解活化能的影响大于升温速率。FWO法计算活化能的结果显示,纯聚氨酯的热解为两步热解,加入玻璃纤维后将使第二步细分为两个阶段进行(具体为0.1<α<0.3、0.3<α<0.6以及0.6<α<0.9)。等温热解产物包含较多的烷烃和烯烃,低聚氨酯比例的样品会强化热解歧化反应,且质量混合比3∶6的样品表现出良好的气体产物高热值特性。综合来看,聚氨酯/玻璃纤维混合物热解存在一定的平行或竞争关系,且玻璃纤维的量对混合物热解影响较大,具有一定的协同作用。这些实验结果揭示了不同处理手段对聚氨酯/玻璃纤维热解影响的不同,可为回收废弃风电叶片提供一些实践依据,对热解液体以及固体产物有待进一步研究。


参考文献:

[3]许淳瑶,葛立超,冯红翠,等.风力发电现状及叶片组成与回收利用综述[J].热力发电,2022, 51(9):29-41.

[6]陈吉朋,王计安,张雨秋,等.废弃风电叶片材料回收与再制造技术的研究进展[J].太阳能学报,2023, 44(5):328-335.

[13]李良钰,熊小鹤,冯敬武,等.不同气氛下废弃风机叶片热转化产物研究[J].热力发电,2023, 52(3):94-101.


文章来源:陆燕宁,金亚伟,李羲,等.风电叶片用聚氨酯/玻璃纤维混合物热解特性研究[J].太阳能学报,2024,45(11):486-495.

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