Entsorgung von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen

Schwarzes Gold

Kohlenstofffaser (CF) ist eine schwarze anorganische Polymerfaser aus Kohlenstoffelementen mit der Molekülstruktur einer Graphit-Diamant-Grenze. Sie zeichnet sich durch hohe Wärmeleitfähigkeit, Leitfähigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit, Reibungsfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus. Sie wird hauptsächlich zur Verbesserung von Harz, Metall, Keramik, Zement und anderen Substratmaterialien als fortschrittliches Strukturmaterial verwendet und findet breite Anwendung in allen Lebensbereichen. Das Aufkommen von Kohlenstofffasern und ihren Verbundwerkstoffen gilt in jüngerer Zeit als „schwarze Revolutionäre des 21. Jahrhunderts“.

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Der Wert und die Bedeutung der Rückgewinnung von Kohlenstofffaserabfällen

 

Wie jedes Material hat auch Kohlefaser ihre eigenen Nachteile, obwohl sie über hervorragende Eigenschaften verfügt, die mit denen anderer oben genannter Materialien nicht vergleichbar sind. Ihre Nachteile zeigen sich hauptsächlich in drei Aspekten: Erstens ist sie stoßfest und leicht zu beschädigen. Die Spannungs-Dehnungs-Kurve ähnelt einer Geraden, was zu einem Verlust der axialen Festigkeit führt. Zweitens oxidiert sie unter Einwirkung starker Säuren leicht, was zu Metallkarbidbildung, Aufkohlung und elektrochemischer Korrosion führt. Drittens ist die Produktionstechnologie aufwendig, der Energieverbrauch hoch, die Umweltverschmutzung stark und der Preis hoch (für E-Glasfasern 20- bis 200-mal höher).

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Behandlungsmöglichkeiten

Zu den möglichen Methoden der Abfallentsorgung zählen Vergraben, Wiederverwendung, mechanisches Materialrecycling (auch als physikalische Zerkleinerungsmethode bezeichnet), Verbrennung, Materialrecycling und Energierückgewinnung (auch als physikalische Chemie bezeichnet), chemische Hydrolyse, Zementherstellung und sieben weitere Kategorien.

Details

Da Kohlenstofffasern teuer sind, eine gute Gesamtleistung aufweisen und hauptsächlich im anspruchsvollen militärischen und zivilen Bereich sowie in Spezialbereichen eingesetzt werden, unterliegen ihre Entsorgungsprozesse strengen Vorschriften, sodass eine Wiederverwendung aufgrund des Kohlenstoffgehalts von über 90 % kaum möglich ist. Die Herstellungskosten sind deutlich höher als bei herkömmlichen Fasern. Die direkte Verbrennung im Freien oder die Zementherstellung sowie andere indirekte Verbrennungsverfahren verursachen nicht nur erhebliche Umweltverschmutzung, sondern sind auch äußerst unwirtschaftlich, d. h. der soziale und wirtschaftliche Nutzen ist gering. Die Kernstruktur des Verbundwerkstoff-Recyclings wird meist durch chemische Hydrolyse wiederverwertet. Darüber hinaus wird die kostengünstige direkte Vergrabung häufig zur Abfallentsorgung eingesetzt. Die Verrottung der Fasern erfolgt über viele Jahre oder sogar nie, wodurch giftige Substanzen extrahiert werden. Dies führt langfristig zur Verschmutzung von Boden und Grundwasser, was später durch Umwelt- und andere Vorschriften schrittweise verboten wird. Zusammenfassend kann man sagen, dass die Entsorgung von Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffen zwei Arten umfasst: mechanisches Recycling, stoffliches Recycling und energetische Verwertung. In der späteren Vergleichsanalyse werden jedoch auch Verfahren der Energierückgewinnung und Verbrennung, wie sie beispielsweise bei der Zementherstellung zum Einsatz kommen, weiterhin in den Diskussionsrahmen einbezogen.


Beitragszeit: 26.09.2019
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