聚合物基碳纖維復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：隨著社會的進步以及科技的發展，各行各業產生的工業廢物需要進行回收利用，可持續發展的理念一直在貫徹落實。我國的聚合物基碳纖維復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發展以及環保節能。本文將通過對碳纖維的具體使用情況進行分析，詳細的講解了聚合物基碳纖維復合材料廢棄物處理的重要性和具體處理方法。

關鍵詞：聚合物基碳纖維復合材料廢棄物；處理方法；可持續發展；環保節能

首先，碳纖維是一種黑色的無機高分子纖維，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，再加上其他種種優良的性能，在當今社會被稱為“材料之王”。碳纖維的用途主要在與傳統易得的普通材料如陶瓷和金屬等進行材料復合，制造出各項性能較為出眾的結構復合材料，碳纖維在伴隨著復合材料的出現給世界的材料史帶來了新的突破，注入了新鮮的血液，因為碳纖維被稱為是21世紀的黑色革命者。

一、聚合物基碳纖維復合材料的基本概述

1.1碳釬維材料的性能

碳纖維材料材質較輕、輕度高、模量高、導熱性能好、導電性能也較高，不僅如此碳纖維的疲勞強度大、沒有蠕變現象，更具有抗腐蝕、輻射以及沒有磁性等優良性能，因為碳纖維被廣泛應用于航空航天領域，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和使用上占據了世界消費的八成以上，西方歐美等國家把碳纖維歸類為戰略物資，限制了其在中國的運輸甚至封鎖。

碳纖維作為一種新興材料，并不是絕對完美的，碳纖維材料的抗剪強度低，在進行材料的設計時軸向的強度浪費較為嚴重；碳纖維材料在和強酸接觸時容易發生氧化反應，與金屬材料復合容易導致金屬談碳化以及電化學腐蝕；熔點較高，若想對碳纖維材料進行熔融處理難度較高，也尚未發現存在溶劑可以讓其直接溶解。這些缺點表明了碳纖維材料的處理和生產并沒有想象中的那么簡單，能量消耗大、污染嚴重、技術要求高都是它的主要特點，這些生產特點也容易產生碳纖維壟斷的現象。

1.2聚合物基碳纖維復合材料的應用

碳纖維材料一般不做單獨使用，只有在作為絕熱保溫材料時才會單獨使用，其他大多數情況下都是作為一種強化型材料添加到聚合物基體材料中組合成新型高性能復合材料，在碳纖維應用的最早期，航空航天以及國防領域都有廣泛使用，碳纖維材料技術日益成熟時，在機、交通、運輸、建筑、化工等行業以及高端產業都有使用，到現在已經成為了高新技術產業中必不可少的一項材料，軍用武器外殼、智能機器人、飛機材料、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議，會議的主旨在于號召全球減少碳排放，力爭全球節能減排，并且對工業廢棄物的回收再利用進一步加強，其中聚合物基碳纖維復合材料廢棄物的回收利用處理是重點之一。對比西方發達國家對碳纖維材料研究早、回收利用的技術已經相對成熟的現狀來看，中國的生產和再生回收都處于比較初始的階段，再加上資源匱乏且現階段需求量巨大的狀況，許多企業對碳纖維的研究甚至經歷過原材料稀缺的地步，導致了現階段我國的碳纖維相關材料不僅質量差而且價格偏高的現象出現，這些狀況在短時間內都很難處理，只有我國注重聚合物基碳纖維復合材料廢棄物的回收利用以及再生技術的發展，達到減少進口量以及原材料浪費減輕的效果，才可以幫助我國碳纖維相關技術的創新和發展。

2.2聚合物基碳纖維復合材料廢棄物的處理方法

聚合物基碳纖維復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合材料廢棄物的來源一般都是飛機、汽車以及橋梁等使用過的聚合物基碳纖維復合材料制品，而航空航天領域上產生的聚合物基碳纖維復合材料廢棄物難以回收利用。再者就是生產這些聚合物基碳纖維復合材料是在各個階段產生的廢棄物，生產前報廢的、生產中的下腳料以及生產后浪費的以及報廢的聚合物基碳纖維復合材料制品。

現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環境造成的污染嚴重，也違背了材料回收利用的主旨，經濟效益差，對土地和地下水系統產生的污染不可估量；又鑒于碳纖維材料大多用于高科技精密材料中，若直接將廢棄物進行重復使用不太現實，還會對機械等造成傷害，而且報廢程序嚴格，一般不可重復使用；化學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構的復合材料廢棄物；因為我國對聚合物基碳纖維復合材料廢棄物的處理方法與一般為機械材料再循環法和能量回收法。

用機械材料再循環法處理廢棄物最后會得到碳纖維材料可以代替短切碳纖維用來制造碳氈，不僅污染小，而且經濟效益高，能量回收法相比之下污染和經濟效益都不如它。而利用機械材料再循環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濟效益可言。

2.3處理工作后續的相關要點和意見

對于聚合物基碳纖維復合材料廢棄物的回收利用處理應該統一方式，并且針對不同的種類進行分類處理，加強回收利用手段的研究，爭取發明更具經濟以及環境效益的處理方法，針對不同的處理方法購買配套的設施設備，與西方發達國家建立更多的來往，加強交流來改善我國現有的處理方法。與此同時可以提議國家對這方面的稅收以及政策進行專項改革，為聚合物基碳纖維復合材料廢棄物的回收與利用制造更多的發展空間。

三、結語

全文通過對碳纖維的詳細講解以及各種處理方法的闡述，得出了機械材料再循環法以及能量回收法這兩個主要處理方法，對處理方法的后續工作也做了補充說明，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展，讓我國的國力更加強大，有朝一日駐足于世界的科技巔峰。

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