從車燈看塑料-金屬複合材料的回收
很少有某種單一材料能滿足汽車工程的所有需求。然而，混合材料又難以通過適當的努力進行手工拆解，所以迄今為止生產廢料只能經過熱處理才能得到應用。而感測器輔助塑料分揀不僅能實現較大處理量，而且頗具經濟潛力。
幾乎沒有任何其它產品像汽車車燈一樣，在過去幾十年里經歷了如此無與倫比的變化和技術進步。雖然在1908年生產的車燈不超過30個組件，但今天的車燈型號卻包括300到500個組件，並且仍保持著上升的趨勢。
組件複雜性的日益增長包含兩個特定的原因
新照明技術的不斷發展和集成；
車燈已成為一種提供識別特徵的設計元素，賦予汽車「臉面」。
由於照明和投射模塊日益複雜，因而有必要改進各種技術型聚合物，使之具備不同的耐溫性和其它性能組合。高性能塑料能滿足較高的功能和美觀標準，可以獨立適用於單個組件。雖然目前的車燈生產數據尚不清楚，但可以根據新車註冊數量等相關數據進行估計。
圖1 車燈生產中的廢料（ Fraunhofer IVV）
因為車燈與安全密切相關，故所有生產步驟均通過常規質量控制加以監測，存在缺陷的產品會被直接分離出來。在所調查的兩家歐洲車燈製造商所屬工廠中，每年會因此帶來包含複合車燈模塊和單一塑料組件的1100噸混合廢物（圖1，車燈生產中的混合廢料：完整組裝的車燈，以及鍍鋁塑料）。
即使利用最先進的技術，也無法從車燈回收足夠純凈的塑料。其中包含大量深色塑料材料，無法通過傳統的光譜分類方法進行分離。金屬化的反射鏡、裝飾線以及帶有特殊硬化和UV塗層的漫射盤，也對單一成分碎片分揀並實現現有材料潛在價值帶來極大的困難。由於缺乏合適的回收方法，故只能通過昂貴的熱處理方式來利用這些混合生產廢料。
處理和分揀
在得到巴伐利亞州環境與消費者保護部補貼的ForCycle項目組中，德國弗賴辛（Freising）弗勞恩霍夫（Fraunhofer）研究所的工藝工程與包裝IVV研究院證實，利用適當的加工鏈，完全可能對這種廢物流進行材料回收。圖2顯示了從所研究的生產廢料中回收樣本廢料的流程概念。
圖2 ForCycle項目組車燈生產廢料回收過程概念
（來源：Fraunhofer IVV）
一項初步市場分析促成了羅伊特林根（Reutlingen）的汽車照明公司（Automotive Lighting GmbH）與維瑟爾堡（Wieselburg）的ZKW Lichtsysteme GmbH的合作，幾十年來它們一直作為汽車行業供應商從事車燈製造。而通過茨維考（Zwickau）的Erlos GmbH與布洛埃（Buchloe）的Bameta GmbH的合作，實現了實驗室的生產廢料機械加工（粉碎、金屬提取、篩選）和小規模技術測試。
材料分解後，研究主要集中於兩個項目目標：通過弗勞恩霍夫研究院的特殊分析方法分離金屬塑料複合材料；利用卡爾斯魯厄（Karlsruhe）的Unisensor Sensorsysteme GmbH和齊陶（Zittau）的RTT Steinert GmbH的系統對其餘混合塑料成分進行單一成分碎片分揀。
以上這些公司均來自德國。
識別和分離車燈中的塑料
手動拆卸車燈後，首先確定其主要塑料材料。圖3（車燈組成實例，以及對混合碎片和純塑料碎片的差異化檢查）顯示了各種成分質量比較，分解後的車燈包含94%的塑料，主要是聚碳酸酯（PC）、聚丁烯對苯二酸酯（PBT）和聚丙烯（PP-TV40），其中大多數為深色。除了PC和PBT，還識別出鍍鋁的耐高溫聚碳酸酯（PC-HT）和聚醚醯亞胺（PEI）塑料。
圖3 車燈組成（重量百分比）實例
（來源：Fraunhofer IVV）
機械分解後，塑料的直接分類已非易事。然而，對幾種車燈進行的人工分析結果表明，其中含有約50%的深色塑料和20%的金屬化塑料，這符合製造商使用PC、PBT、PP-TV40作為主要塑料的期望。但由於車燈型號的變化以及相關裝配件的差異，在隨後的回收過程中必須考慮各單一成分質量分布的持續變化。
在這一項目中，通過浸出方法，分離出鍍鋁層，同時，鹼性溶液中的浸出速度快於酸性溶液。鋁與瀝濾液發生反應，釋出鋁層並暴露出塑料。圖4（通過浸出分離金屬塑料複合材料：浸出時間取決於燒鹼濃度）表明，總浸出時間達到三分之一時，塑料中鋁的濃度降至5%。
提高瀝濾液濃度可縮短浸出時間，這同時也取決於所選的浸出劑、擾動、溫度和壓力。利用傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）和熔體流動速率（MFR）進行定性分析，顯示瀝濾液對塑料質量並無影響。因此，進一步的非破壞性處理是可行的。
圖4 通過浸出分離金屬塑料複合材料
（來源：Fraunhofer IVV）
小規模回收技術測試
為測試可分揀性，利用兩種光譜分類方法對車燈廢料上的塑料試樣進行系統的研究。通常，兩種方法均可將鍍鋁塑料作為單一流加以分離，這適用於檢測具有額外鍍層的塑料。此外，這兩種方法也能可靠地分離PP、PC和PBT等主要塑料類型的深色和透明成分，但PBT的檢測方法則仍有待開發。由RTT Steinert開發的方法特別表現出PE-PP的高精度分離。依靠Unisensor過程，還可識別並分揀出聚甲醛（POM）和PEI。而先前對塑料的浸出，並不會影響這兩種技術的特性。
基於分解結果、複合物分離以及光譜研究，派生出了圖2所示的生產廢料再利用的過程概念，並形成小規模測試的基礎技術。在整個項目階段，對參與研究的兩家車燈生產商的生產廢料都分別進行了研究。
在機械分解後，並未發現兩家OEM製造商的產品之間存在顯著差異。破碎機產生的碎片中平均包含76.5%的塑料，其中22.5%為細小碎片，銅和有色金屬各佔7%，鐵佔9.5%。從塑料碎片中分離出粒度為8-30 mm的塑料，進行後續的光譜分揀。
對於較大的廢料量，機械回收處理能適用於這一目標粒徑，所以，幾乎全部塑料碎片均可傳遞到下一工序而不發生任何損失。分揀是針對主要塑料材料，包括PP、PC、PBT以及鍍鋁塑料。純度分析是通過使用特定溶劑配方選擇性地溶解目標塑料來實施的。
圖5 經過自動分揀後的碎片分揀量和純度
（來源：Fraunhofer IVV）
RTT Steinert的分揀測試顯示，超過40%的塑料碎片均可利用最先進的技術分揀到幾種目標塑料，其中PP、PC所佔比例最大（圖5，經過RTT Steinert自動分揀後的碎片分揀量和純度：指明的百分比分別指分離細小碎片後的原始輸入量）。
Unisensor則獲得更高一些的分揀量，但碎片純度相應較低。當主要考慮純塑料的分揀量時，這兩種方法十分接近。因此，PP和PC能以足夠的純度加以分揀（圖6，自動分揀後純度大於90% 的示範塑料碎片：PC碎片，PP碎片。為優化可比性，材料先被分成碎片然後破碎）。
圖6 自動分揀後純度大於90% 的示範塑料碎片
（來源：Fraunhofer IVV）
潛在分析與經濟效益
來自兩家車燈生產商的全部材料樣品（總計近500公斤），以及兩種分揀方法，在小規模技術測試上達到整體平衡。在此基礎上進行的一項經濟潛力分析表明，目前只可獲得17%的塑料和23%的金屬分揀量，因此尚不能實現經濟效益。
現場試驗的低分揀量，與所研究的單只車燈90-95%以上的塑料成分相距甚遠。因此，經濟效益分析必須基於更高的分揀量進行，目前看來，可以通過優化破碎機分解（降低金屬碎片中的塑料比例並減少細小碎片）（圖7，純塑料碎片潛力分析，通過優化材料分解將效率提高80%也被當作實際的景象）來實現。
圖7 純塑料碎片潛力分析
（來源：Fraunhofer IVV）
假設從生產廢料中回收的塑料可被用於生產廢料來源處的新貨物，新貨物價格的75% 可被認為是來自回收材料的收益。此外，按1000、2000和3000 t/a計算分揀技術轉換成本和折舊，在各種情況下都會產生積極收益。作為示例，圖8展示了2000 t/a條件下的經濟平衡情況。
圖8 按年廢料量2000 t/a進行汽車車燈回收過程研發經濟效益計算
（來源：Fraunhofer IVV）
結論
汽車前燈是經過高度複雜組裝的產品，可以利用材料分解、鐵與有色金屬的分離（FE/NF）以及隨後的自動化感應器輔助塑料分揀研究項目中的方法進行回收並獲得理想的分揀量，特別是對PP和PC純度具有較高的把握。
加工鏈的優化潛力主要在於破碎機的分解水平以及對特殊塑料的識別（如PBT和PEI），這提高了聚合物和金屬碎片的分揀量和純度，從而提升了整體經濟效益。此外，還需要對準備實施的所要求的工作與硬體的變更展開進一步的研發。商業化廢料收集和分揀將緊隨審議中的商業廢棄物條例的出台而湧現，並預計將迎來大量的類似廢料流，這將為加工鏈的開發帶來巨大潛力。
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