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碳纤维及复合材料回收现状及其研究

2021-06-02 来源:步旅网
环保与节能碳纤维及复合材料回收现状及其研究

李晓林黄海超李杨王宝铭郭庆山(威海拓展纤维有限公司,山东威海264200)

摘要:随着我国汽车和航空事业的发展,社会发展对于新型材料有巨大的需求,碳纤维复合材料凭借其独有的特点在生产应用

中深受欢迎。根据研究调查报告,航空航天行业每年对于碳纤维复合材料的增加需求在20%左右,同时全世界对于碳纤维需求也在不断上涨,这就使得碳纤维复合材料的消耗巨大,紧跟随着废弃物也会随之上涨。并且废弃物上涨速度呈现飞速提升的状态,因此做好碳纤维复合材料的回收是十分具有前瞻性的工作,要想做好碳纤维复合材料产业的良好发展,需要提高对碳纤维复合材料的重视度,加大回收技术开发。关键词:碳纤维;复合材料;回收

文章介绍了当前碳纤维复合材料(CFRP)回收再利用的主要方法。在回收方法当中应用最广泛的是化学方法,其中包括热解法、超临界流体法、氧化流化床法。对于这些回收再利用碳纤维复合材料的方法进行分析和介绍,并且提出来一些回收方法的问题和改进措施,进一步提高回收再利用率。

开发和研究新的碳纤维复合材料回收技术,推动碳纤维复合材料的应用发展是十分重要的。

当前,全球对于碳纤维复合材料的废弃物回收方法主要是化学回收。由于碳纤维复合材料应用广泛,所以在进行回收处理的过程中对其进行分类处理,再通过选择合适恰当的回收方法进行处理。对碳纤维复合材料的物理回收,是通过对于废弃物进行粉碎和熔融,作为新材料的原材料使用。这样的回收方法成本较低且处理方法也比较简单,同时还可以产生新的材料进行应用。其次就是我们所熟知的一些公路铺设原材料、炼铁的还原剂等,但是这种简单的物理处理方法,所回收的碳纤维复合材料都是些价值较低的再生产品。因此这类回收方式,并不适合长期的碳纤维复合材料的回收。

1碳纤维复合材料回收存在的主要问题

碳纤维复合材料难回收的主要原因是由于碳纤维材料经过固化处理后,其内部结构发生变化形成一种网状结构,这种网状结构具有较高的稳定性,使得碳纤维复合材料具有不溶于各种溶剂,并且在加热当中也不会熔融的特性,在掩埋和长期放置当中也不会进行分解。当前从国内碳纤维复合材料回收分类来看,其回收主要是从生产废料或者损坏或淘汰的零部件当中进行回收。这就导致碳纤维复合材料废料回收没有分类,给后期的回收技术的选择带来影响,并且直接影响到其回收效率。

碳纤维复合材料废弃物来源主要有两种,一种是在进行生产当中所产生的废料,例如边角料、生产残次品等;另一种也是到达使用年限报废材料,通常是到达使用年限的报废品或者使用中损坏等情况。所以不同的废料需要采用合理的回收方式,可以极大的降低回收成本和处理工艺复杂性。

当前碳纤维复合材料的回收也是存在一定的困难,首先是因为其独特的属性,碳纤维复合材料是由碳纤维和基体加其他添加物组合而成的复合材料,其具有较高的强度和轻度,因此在进行回收过程中较为困难,其主要原因是由于热固性树脂具有较强的连接,导致碳纤维复合材料不能重新的进行熔化和塑形。其次,CFRP是一种添加其他材料的结合材料。例如我们所熟知的蜂窝结构、金属配件等给碳纤维复合材料的回收造成了巨大的困难。

传统的处理碳纤维复合材料的废弃物,主要是通过掩埋和焚烧。虽然这两种处理方式。十分便捷的,但是由于焚烧对于环境的污染是巨大的碳纤维复合材料在焚烧后会产生大量的烟尘和有毒气体,这些气体对于人体的危害是十分巨大的。而采用掩埋的方式会给土地带来巨大的破坏,并且这样会加剧碳纤维复合材料的浪费。随着我国对于环境质量的重视,国家已经明令禁止,对于碳纤维复合材料进行焚烧和掩埋处理,所以

2CFRP回收方法分析

化学回收是碳纤维复合材料回收的主要方式。通过化学方式将废弃物中的可利用物质进行提取,虽然这类方式,回收起来具有较大的难度,并且需要投入大量的资金,但是对碳纤维复合材料的回收利用效果是比较好的。目前所熟知的化学回收方法主要包括:氧化流化床法、超临界流体法和热解法等。(1)热解法是目前在实现碳纤维复合材料回收当中应用较为商业化的一种手段。这种方式是通过利用高温下复合材料进行降解的原理,从中得到表面干净的碳纤维和其他添加材料,回收得到的其他回收部分有机液体,可以作为其他材料的原料。热分解工艺首先将碳纤维复合材料进行预处理,再通过在高温的条件下,碳纤维和碳纤维复合材料当中的添加物进行化学反应,从而复合材料内部中的树脂进行分解,实现回收再利用。其原理是利用反应器将温度保持在400-500℃,在这个温度下树脂会在裂解容器中进行裂解,再通过氧化反应将裂解产物进行清除,从而得到可以利用的碳纤维。这种回收工艺可以较好的保护碳纤维属性,不会对其产生损伤,但是由于这种工艺技术难度大,操作要求高,因此并不是优先采用的回收方法,从而使得碳纤维再次利用受到一定的限制和影响。(2)流化床回收方法是通过流化床反应器内部空气作为流化气体,在一定的温度下使得碳纤维和树脂分离的方法。这种方法目前应用较为广泛,在这种工艺当中还采用了旋风分离器,进而获得碳纤维复合材料中填料的颗粒和表面干净的碳纤

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环保与节能维。500℃流化速率1m/s.流化时间10min试验条件下得到回收纤维的表面特征,针对回收表面分析经过流化床方法的处理后,碳纤维表面的羟基(-OH)转变为氧化程度更高些的羰基(-C=O)和羧基(-COOH),但是其表面氧碳比不变,这就表明500℃流化速率1m/s.流化时间10min试验条件下回收得到的碳纤维环氧树脂的剪切应力不受影响,保证了碳纤维的力学性能。对比用温度450℃的流化热流,其速率为lm/s.流化床上砂粒的平均粒度为0.85mm的条件下,对碳纤维复合材料进行热分解试验,回收得到的碳纤维长度为5.9~9.5mm。试验表明,回收纤维的拉伸强度约为原纤维的75%,而弹性模量基本上没有变化,因而可以得出该种方式所回收得到的碳纤维可部分或全部取代原始短切碳纤维,并且原始碳纤维长度越长,回收得到较好的碳纤维材料。这种方法主要用于还有其他混合物的及污染物的碳纤维复合材料回收。当然这种方法并不是十全十美的回收方式,流化床热分解法,由于回收过程当中旋风分离器内部对于纤维表面有一定的摩擦,从而造成碳纤维表面有一定的损伤,使得碳纤维的表面达到了破坏,降低碳纤维的原有属性。目前采用的流化床分解法。虽然可以得到较为干净的碳纤维,但是由于碳纤维表面受到磨损程度的影响,使得碳纤维整体的力学性能下降,使得碳纤维复合材料的回收变的效率低下。

(3)超临界流体法是一种液体的温度及压力处于连接状态下相对密度、溶解度等各项数据都会发生变化,从而使得液体具有很高的活性,变得更加的容易溶解。所以在进行碳纤维复合材料的回收当中,利用超临界流体的这些特征,进行分解碳纤维复合材料。在这种方式下能够进一步的保护好碳纤维的原始属性。这种回收方法应用效果较好的溶解剂是超临界丙醇对整树脂的溶解效果较好,得到的碳纤维几乎接近原始纤维的数值属性。

摘要:近年来,随着我国的快速发展,经济、科技等领域都有

了翻天覆地的变化,环境问题成为了人们最为关注的焦点之一。城市污水大致分为生活污水与生产污水两类,在处理污水的问题上,我国对相关技术的要求十分严格,需要应用到先进的污水处理技术来解决污水问题。膜生物反应技术是污水处理技术中最为核心的技术之一,又称MBR技术,现该技术被大量应用于环境工程的污水处理中。本文主要简述了膜生物反应技术的工作原理,并进一步分析了膜生物反应技术在处理环境工程污水时的优势及其劣势,探讨了环境工程污水处理中膜生物反应技术的应用情况及未来膜生物反应技术的发展前景,希望可以为膜生物反应技术的发展献出一份力,仅供大家参考。关键词:环境工程;污水处理;膜生物反应技术

随着我国经济的快速发展,我国的各项科学技术都取得了长远的突破与发展,环境问题成了人们首要关注的焦点。在环境工程中,膜生物反应技术渐渐取代了传统的污水处理技术。膜生物反应技术,是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型污水处理技术,主要是用膜组件取代传统生物处理技术的末端二沉池,通过保持低污泥负荷减少余下的污泥量。这一技术具有设备占地面积小、处理效率高、运行管理简单、容易实现自动控制的优点,与传统的污水处理技术相比,膜生物反应技术更具有优势,大大提高了环境工程污水处理的效率。膜生物反应技术现在环境工程污水处理中被推广应用,获得了业内的一致认可。

环境工程污水处理中膜生物反应技术的应用

分析

赵伟伟(国电建投内蒙古能源有限公司,内蒙古鄂尔

多斯017209)

3结语

随着我国的经济快速发展,碳纤维复合材料在我国的经济建设中,发挥出越来越重要的作用。越来越多的行业对于碳纤维复合材料的应用更加的广泛,其生产发展所产生的废弃物越来越多,所以只有不断的发展纤维复合材料废弃物回收技术,才能将这些废弃物进行高效的利用和回收,从而促进我国碳纤维复合材料能够在各个行业中长期稳定的应用和发展。

1关于膜生物反应技术的基本原理

膜生物反应技术,在污水处理领域中,又被称为MBR技

术,是一种融合了膜分离单元与生物处理单元的新型污水处理技术。膜生物反应技术以膜组件取代了传统生物处理技术末端二沉池,通过提高生物处理有机负荷来减少污水处理设备设施的占地面积,从而来降低剩下的污泥量。膜生物反应技术可以快速地进行固液分离,提高难降解有机物的降解效率,将微生物截留在生物反应器内,该系统操作管理十分简便。

参考文献:

[J].化工新型材料,2019,47(S1):11-15.

[1]叶联葳,王宇.超临界流体法降解碳纤维复合材料概述[2]张灵静,陈桦,蒋建军,陈星,赵琪,王林文,陈世浩,张其帅.

碳纤维增强热固性复合材料回收再利用技术研究进展[J].工程塑料应用,2019,47(07):134-140+150.

究进展综述[J].应用化工,2019,48(09):2251-2255.状[J].合成纤维,2019,48(03):49-51.

2关于膜生物反应技术在环境工程污水处理中的优势

膜生物反应技术融合了生物处理技术和膜分离技术这两种技术,运用该项技术对污水进行有效处理,膜生物反应技术在环境工程污水处理中的优势主要体现在以下几方面:

第一,分离效率显著提高。由于膜生物反应技术在处理污水时本身不需用到过滤单元及沉淀池,设施设备所占用的地面面积更小,没有污染沉降性的困扰。膜生物反应器系统中由于

[3]龙巍,郑学林,臧建彬.基于碳纤维复合材料热性能的研[4]王大伟,王宝铭,段长兵.碳纤维复合材料回收再利用现

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