聚合物基碳纖維復(fù)合材料廢棄物的幾種處理方法分析

宋皓翔 楊佳 陳柯旭

摘要：隨著社會(huì)的進(jìn)步以及科技的發(fā)展，各行各業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢物需要進(jìn)行回收利用，可持續(xù)發(fā)展的理念一直在貫徹落實(shí)。我國的聚合物基碳纖維復(fù)合材料廢棄物的處理一直都是首要問題，在這類問題上，處理的方法主旨就是可持續(xù)發(fā)展以及環(huán)保節(jié)能。本文將通過對(duì)碳纖維的具體使用情況進(jìn)行分析，詳細(xì)的講解了聚合物基碳纖維復(fù)合材料廢棄物處理的重要性和具體處理方法。

關(guān)鍵詞：聚合物基碳纖維復(fù)合材料廢棄物；處理方法；可持續(xù)發(fā)展；環(huán)保節(jié)能

首先，碳纖維是一種黑色的無機(jī)高分子纖維，含碳量極高，一般在九成以上。它的纖度極佳又具有普通碳素材料的物理特性，織物編織性也較好，再加上其他種種優(yōu)良的性能，在當(dāng)今社會(huì)被稱為“材料之王”。碳纖維的用途主要在與傳統(tǒng)易得的普通材料如陶瓷和金屬等進(jìn)行材料復(fù)合，制造出各項(xiàng)性能較為出眾的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，碳纖維在伴隨著復(fù)合材料的出現(xiàn)給世界的材料史帶來了新的突破，注入了新鮮的血液，因?yàn)樘祭w維被稱為是21世紀(jì)的黑色革命者。

一、聚合物基碳纖維復(fù)合材料的基本概述

1.1碳釬維材料的性能

碳纖維材料材質(zhì)較輕、輕度高、模量高、導(dǎo)熱性能好、導(dǎo)電性能也較高，不僅如此碳纖維的疲勞強(qiáng)度大、沒有蠕變現(xiàn)象，更具有抗腐蝕、輻射以及沒有磁性等優(yōu)良性能，因?yàn)樘祭w維被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，在軍用、民用上覆蓋也較廣，這種材料在政治上也是敏感的新材料，世界上美國和日本在碳纖維的生產(chǎn)和使用上占據(jù)了世界消費(fèi)的八成以上，西方歐美等國家把碳纖維歸類為戰(zhàn)略物資，限制了其在中國的運(yùn)輸甚至封鎖。

碳纖維作為一種新興材料，并不是絕對(duì)完美的，碳纖維材料的抗剪強(qiáng)度低，在進(jìn)行材料的設(shè)計(jì)時(shí)軸向的強(qiáng)度浪費(fèi)較為嚴(yán)重；碳纖維材料在和強(qiáng)酸接觸時(shí)容易發(fā)生氧化反應(yīng)，與金屬材料復(fù)合容易導(dǎo)致金屬談碳化以及電化學(xué)腐蝕；熔點(diǎn)較高，若想對(duì)碳纖維材料進(jìn)行熔融處理難度較高，也尚未發(fā)現(xiàn)存在溶劑可以讓其直接溶解。這些缺點(diǎn)表明了碳纖維材料的處理和生產(chǎn)并沒有想象中的那么簡(jiǎn)單，能量消耗大、污染嚴(yán)重、技術(shù)要求高都是它的主要特點(diǎn)，這些生產(chǎn)特點(diǎn)也容易產(chǎn)生碳纖維壟斷的現(xiàn)象。

1.2聚合物基碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用

碳纖維材料一般不做單獨(dú)使用，只有在作為絕熱保溫材料時(shí)才會(huì)單獨(dú)使用，其他大多數(shù)情況下都是作為一種強(qiáng)化型材料添加到聚合物基體材料中組合成新型高性能復(fù)合材料，在碳纖維應(yīng)用的最早期，航空航天以及國防領(lǐng)域都有廣泛使用，碳纖維材料技術(shù)日益成熟時(shí)，在機(jī)、交通、運(yùn)輸、建筑、化工等行業(yè)以及高端產(chǎn)業(yè)都有使用，到現(xiàn)在已經(jīng)成為了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中必不可少的一項(xiàng)材料，軍用武器外殼、智能機(jī)器人、飛機(jī)材料、人工韌帶等材料都有碳纖維材料的身影。

二、聚合物基碳纖維復(fù)合材料廢棄物處理的重要性和具體方法

2.1聚合物基碳纖維復(fù)合材料廢棄物處理的重要性

自2009年在哥本哈根召開了全球氣候變暖的會(huì)議，會(huì)議的主旨在于號(hào)召全球減少碳排放，力爭(zhēng)全球節(jié)能減排，并且對(duì)工業(yè)廢棄物的回收再利用進(jìn)一步加強(qiáng)，其中聚合物基碳纖維復(fù)合材料廢棄物的回收利用處理是重點(diǎn)之一。對(duì)比西方發(fā)達(dá)國家對(duì)碳纖維材料研究早、回收利用的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟的現(xiàn)狀來看，中國的生產(chǎn)和再生回收都處于比較初始的階段，再加上資源匱乏且現(xiàn)階段需求量巨大的狀況，許多企業(yè)對(duì)碳纖維的研究甚至經(jīng)歷過原材料稀缺的地步，導(dǎo)致了現(xiàn)階段我國的碳纖維相關(guān)材料不僅質(zhì)量差而且價(jià)格偏高的現(xiàn)象出現(xiàn)，這些狀況在短時(shí)間內(nèi)都很難處理，只有我國注重聚合物基碳纖維復(fù)合材料廢棄物的回收利用以及再生技術(shù)的發(fā)展，達(dá)到減少進(jìn)口量以及原材料浪費(fèi)減輕的效果，才可以幫助我國碳纖維相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。

2.2聚合物基碳纖維復(fù)合材料廢棄物的處理方法

聚合物基碳纖維復(fù)合材料廢棄物的分類主要是固化類以及為固化類兩種，可以回收利用的聚合物基碳纖維復(fù)合材料廢棄物的來源一般都是飛機(jī)、汽車以及橋梁等使用過的聚合物基碳纖維復(fù)合材料制品，而航空航天領(lǐng)域上產(chǎn)生的聚合物基碳纖維復(fù)合材料廢棄物難以回收利用。再者就是生產(chǎn)這些聚合物基碳纖維復(fù)合材料是在各個(gè)階段產(chǎn)生的廢棄物，生產(chǎn)前報(bào)廢的、生產(chǎn)中的下腳料以及生產(chǎn)后浪費(fèi)的以及報(bào)廢的聚合物基碳纖維復(fù)合材料制品。

現(xiàn)階段廢棄物的處理方法最原始的就是掩埋處理以及焚燒處理，這些處理方法不僅對(duì)環(huán)境造成的污染嚴(yán)重，也違背了材料回收利用的主旨，經(jīng)濟(jì)效益差，對(duì)土地和地下水系統(tǒng)產(chǎn)生的污染不可估量；又鑒于碳纖維材料大多用于高科技精密材料中，若直接將廢棄物進(jìn)行重復(fù)使用不太現(xiàn)實(shí)，還會(huì)對(duì)機(jī)械等造成傷害，而且報(bào)廢程序嚴(yán)格，一般不可重復(fù)使用；化學(xué)水解法雖然效果較好，但是具有局限性，只可以適用于夾芯結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料廢棄物；因?yàn)槲覈鴮?duì)聚合物基碳纖維復(fù)合材料廢棄物的處理方法與一般為機(jī)械材料再循環(huán)法和能量回收法。

用機(jī)械材料再循環(huán)法處理廢棄物最后會(huì)得到碳纖維材料可以代替短切碳纖維用來制造碳?xì)?，不僅污染小，而且經(jīng)濟(jì)效益高，能量回收法相比之下污染和經(jīng)濟(jì)效益都不如它。而利用機(jī)械材料再循環(huán)法和能量回收法得到的碳纖維材料用來替換短切玻璃纖維卻沒有經(jīng)濟(jì)效益可言。

2.3處理工作后續(xù)的相關(guān)要點(diǎn)和意見

對(duì)于聚合物基碳纖維復(fù)合材料廢棄物的回收利用處理應(yīng)該統(tǒng)一方式，并且針對(duì)不同的種類進(jìn)行分類處理，加強(qiáng)回收利用手段的研究，爭(zhēng)取發(fā)明更具經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境效益的處理方法，針對(duì)不同的處理方法購買配套的設(shè)施設(shè)備，與西方發(fā)達(dá)國家建立更多的來往，加強(qiáng)交流來改善我國現(xiàn)有的處理方法。與此同時(shí)可以提議國家對(duì)這方面的稅收以及政策進(jìn)行專項(xiàng)改革，為聚合物基碳纖維復(fù)合材料廢棄物的回收與利用制造更多的發(fā)展空間。

三、結(jié)語

全文通過對(duì)碳纖維的詳細(xì)講解以及各種處理方法的闡述，得出了機(jī)械材料再循環(huán)法以及能量回收法這兩個(gè)主要處理方法，對(duì)處理方法的后續(xù)工作也做了補(bǔ)充說明，希望通過這篇文章可以讓國家更加重視碳纖維材料的利用和發(fā)展，讓我國的國力更加強(qiáng)大，有朝一日駐足于世界的科技巔峰。

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