技术·碳纤维复合材料废弃物处理技术
本文摘要：（由ai生成）
碳纤维复合材料废弃物处理技术包括化学回收、物理回收和能量回收三种方式。化学回收利用热裂解等技术回收碳纤维；物理回收通过破碎、去除杂质后作为原料再利用；能量回收则通过焚烧废弃物回收能量。预处理是回收前的关键步骤，需去除金属、油污等杂质。这些方法旨在实现碳纤维复合材料的资源化利用，减少环境污染。
碳纤维复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等一系列优异性能。它既可作为结构材料承载负荷，又可作为功能材料发挥作用。因此，近年来有关碳纤维的应用研究的发展十分迅速，在航空、航天、汽车、环境工程、化工、能源、交通、建筑、电子、运动器材等众多领域得到了广泛的应用。
随着复合材料应用及年产量的递增，也带来了大量的复合材料废弃物，特别是碳纤维复合材料的强度高、模量高及耐腐蚀性能好等特性导致废弃物的处理和利用难度较大，碳纤维复合材料废弃物对环境的污染已引起广泛关注。针对碳纤维复合材料废弃物的回收难问题，国内外出台相关法律、法规引导开展热固性碳纤维复合材料的回收再利用研究，实现废弃物的资源化回收利用。因此，碳纤维复合材料的回收和利用技术已成为国际上的研究热点。
碳纤维复合材料废弃物的主要来源有两种:
(1) 生产过程废弃物，主要是指碳纤维复合材料在生产过程中产生的边角余料、废料或废品;
(2) 经使用后报废的废弃物，主要是指复合材料制品达到使用寿命或未达到寿命却因使用或施工等过程中损害的废弃制品等
一般来说，碳纤维增强树脂基复合材料(热固性和热塑性) 均由碳纤维、树脂和填料等组成。碳纤维增强树脂复合材料废弃物中，还会有金属固定物、油污及粘结剂等成分。所以，对碳纤维增强树脂复合材料废弃物的回收之前，应该先将其进行预处理，之后根据回收和利用方法的不同，将废弃物加工成所需尺寸。碳纤维增强树脂复合材料废弃物的预处理方法包括切断、解体和破碎等等方式。
总体上看，根据碳纤维复合材料废弃物材料成份及特性，目前国内外碳纤维复合材料废弃物的方法主要包括化学回收、能量回收和物理回收的三种方式。
化学回收
化学回收是指碳纤维复合材料废弃物在首先经过粉碎后，以化学方式将粉末分解成能够回收利用的燃料及副产物的一种方式。因碳纤维本身价值较高，对其回收，成本会低于碳纤维的再造成本。一般来说，化学回收方法主要是回收废弃物中价值较高的碳纤维。化学回收法根据回收技术和设备的不同分为三种: 流化床回收工艺、热裂解回收工艺及超临界流体回收工艺。
(1) 流化床回收工艺
流化床回收工艺是指在流化床反应器内部，使用空气作为流化气体，在某种温度下，使碳纤维和树脂分离的方法。本工艺为英国诺丁汉大学研发并推广
(2) 热裂解回收工艺
热裂解回收工艺又称为高温分解法，本工艺为在无氧情况下，通过高温( 不燃烧，在此温度时，不致引起碳纤维、填料等产生化学反应) ，将碳纤维复合材料中的树脂分解，来实现对碳纤维或其它材料的回收。该工艺是将预处理后的复合材料放入裂解反应器，在 400 ～ 500 ℃温度下，树脂被裂解，形成积碳( 树脂裂解产生) 存留于碳纤维表面的中间产物，将中间产物置于氧化反应器以除去积炭从而得到碳纤维丝束。
(3) 超临界流体回收工艺
超临界流体( 流体的温度和压力均超过其固有临界温度和压力时所处的特殊状态) 具有类似气体的黏度和扩散系数，类似液体的密度和溶解能力，因此，在一定条件下，超临界流体可渗入多孔固体材料和溶解有机材料。超临界流体超强的溶解能力可将复合材料废弃物中的树脂分解，并得到较为干净的碳纤维，可很好的保留碳纤维的性能。
物理回收
物理回收是指将碳纤维复合材料废弃物经过破碎、去除金属后，再将废弃物粉碎成不同粒度的粉末，并将粉末作为原材料使用的一种方法。在废弃物比较纯净时，通常使用本方式。本方法是目前国内采用最普遍的一种方法，其处理方法较简单、生产成本也比较低。日本秩父小野田公司将碳纤维增强树脂复合材料废弃物经物理处理后，作为水泥的原料，测试表明: 制得的水泥抗折强度、凝胶时间与普通水泥基本无区别。
能量回收
能量回收是指将碳纤维增强树脂复合材料废弃物通过有控制的焚烧法进行能量回收，回收的能量可转变为电或热，可作为燃料替换煤或区域暖气加热等。该方法是复合材料回收最简单的一种方法。对于尺寸较大的结构件，焚烧前应首先进行分解、切割、撕碎等工序。鉴于焚烧过程易释放有毒气体及浓烟污染大气的问题，需设计高性能的焚烧炉来解决这一问题。本方法应作为碳纤维复合材料废弃物的最终处理法，用来处理其它方法难以处理的废弃物。
碳纤维复合材料废弃物回收新思路
当基体树脂为热固性树脂，由于热固性树脂固有的交联性，使得碳纤维复合材料不能重新熔融塑化，热固性决定了它只可被加热成型一次，因此其不可被重复加工。而将二者分离又不是那么容易。Connora Technologie 的 Stefan J． Pastine 通过改变环氧树脂的合成配方的方式解决本问题。其思路为将单体之一换成具有缩醛键的单体，缩醛键的存在使得最终的聚合物三维网络具有酸降解的性质。因此，将碳纤维复合材料投入到 100℃ 的乙酸中，树脂部分便会被分解，从中过滤出的碳纤维便可重复利用
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来源：高分子材料成型原理
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