CN115710097B - 一种固碳型复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合材料技术领域，具体为一种固碳型复合材料，包括坯料、构造层和饰面层，其中，坯料是由胶凝材料将碳基骨料和纤维材料按特定组分和技术参数胶结而成的整体，构造层为加强层、防火层、防水层、防腐层、结合层、界面层中的一层或多层胶结在坯料的表面，饰面层胶结在构造层或胚料的外表面，碳基骨料是以生活垃圾、生物质为原料依次经过一级分拣、破碎、二级分拣、干燥、炭化、冷却、三级分拣、改性等工序后制得的炭化物，分轻度炭化、中度炭化、深度炭化、改性炭化。有益效果为：实现了废弃物的资源化利用和固碳碳库的扩展，提升了材料性能，具有减排降碳、节约资源的社会、生态和经济效益。

Description

一种固碳型复合材料

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种固碳型复合材料。

背景技术

为了增加碳锁定，提高碳封存，拓展碳库，这是时代的需要。

当前的人造板，包括刨花板、木工板、纤维板、胶合板、密度板、竹夹板，以木、竹材为原料，由于这些原料多数没有经过炭化处理，不仅导致板材存在吸水率高、防腐性能低、耐火能力弱、尺寸稳定性差等问题，而且这些板材废弃后，由于有机成分占比高，容易发生分解，释放出大量二氧化碳、甲烷等温室气体。

在建筑材料中，墙体材料占比大，但目前的墙体材料多为水泥砂浆制品，如砂加气砌块、ALC墙板、GRC墙板、钢筋混凝土墙板等，不仅自重大，而且不利于实现节能减排。

在日常生活与生产中，包括生活垃圾在内的生物质废弃物的处理正在成为亟待解决的难题，目前普遍采取的填埋、焚烧等处理方式，会导致大量温室气体的排放。如果能对其进行资源化利用，不仅能节约资源，而且也能减少温室气体排放。

发明内容

发明的目的在于提供一种固碳型复合材料，以解决上述背景技术中提出的问题，主要发明目的如下：

第一，将生物质废弃物实现资源化利用，用来制造高含碳量的材料，实现节约资源、节能减排的目的；

第二，利用可再生的速生林、竹子等速生植物大量吸收大气中的二氧化碳，并以它们为原料制造高含碳量的材料，以实现节约资源、减碳固碳；

第三，利用上述高含碳量的材料为原料，制造高碳人造板材、墙体材料，应用于建筑工程，将巨量建筑发展为碳库，减少大气中的温室气体；

第四，将上述高含碳量的材料，以及复合材料生产中的高含碳量的尾料，可用于道路工程、土壤改良，还可制造其他产品，进一步拓展了碳库的范围；

第五，固碳型复合材料还应解决传统的木质板材、墙板等材料存在吸湿、耐水、防火、耐久、保温、隔音、轻质、高强等方面不足的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于固碳需求的复合材料，包括坯料、构造层和饰面层。

坯料是由胶凝材料将碳基骨料和纤维材料按组分配比和技术参数进行胶结而成的整体。组分配比和技术参数是指胶凝材料的理化性质与用量、碳基骨料的组成及其配比、纤维材料的材质和参数，以及胶结过程中温度、湿度、时间、压力等方面的技术参数，这些参数根据产品的性能要求而定，也与所选用的原料组分相关。

构造层为加强层、保温层、防火层、防水层、防腐层、结合层、界面层中的一层或多层胶结在坯料的外表面。其中，加强层可选用碳纤维、玻璃纤维、金属、无纺布等抗拉材料，利用胶凝材料胶结在坯料的受拉面，以提高复合材料，尤其是各种板材的抗拉、抗弯、抗压等强度；保温层是以保温涂料、保温浆料等保温材料进行包覆，进一步提高复合材料的保温性能；防火层是以防火涂料等材料进行包覆，提高复合材料的耐火能力，减缓火焰蔓延传播速度，或在一定时间、温度内阻止燃烧；防水层是用防水涂料等材料进行包覆，阻止水分的进入；防腐层是针对具体的防腐目的与要求，用专用的防腐涂料等材料进行包覆，阻止其发生化学腐蚀、生物侵蚀、材料风化等腐蚀而设置的构造层；结合层、界面层是为了加强饰面层与构造层、饰面层与坯料，以及上述各种构造层之间的胶结强度而设置的。上述构造层根据需要设置。

饰面层为涂料、金属、玻璃、陶瓷、石材、水泥、塑料、木质、竹材、皮革等饰面材料中的一种或多种，用胶凝材料胶结在坯料或构造层的外表，以实现装饰、保护等作用。具体的饰面材料需要根据美观要求、使用环境、材料性能等因素而定。例如，一体化的外墙墙板复合材料可选用真石漆、花岗岩薄片、不锈钢薄板、镜面玻璃等作为饰面材料。

构造层、饰面层不需要时可省略，以节省成本，如复合材料为墙体砌块时，就不需要砌块具有构造层和饰面层，因为砌块的抗拉、抗弯要求不高，而且后续一般有墙面的整体装饰施工。

胶凝材料分无机胶凝材料、有机胶凝材料、复合胶凝材料，生产中根据固碳型复合材料的性能要求进行选用。其中，无机胶凝材料有水泥、石灰、火山灰等，有机胶凝材料有各种树脂、沥青、橡胶等，复合胶凝材料有聚合物水泥等。

纤维材料分短纤维和长纤维：短纤维多为乱丝，与碳基骨料混合、胶结在一起，提高坯料的强度和整体性；长纤维以线、带、网格、孔板等形式中的一种或多种，包覆、胶结在坯料的受拉面，以提高复合材料的抗拉、抗弯强度。

固碳型复合材料包括但不限于以下类型：按形状分板材、块材、卷材三种类型，按耐火性能分耐高温材料和常温材料。

碳基骨料是以生活垃圾、生物质为原料依次经过一级分拣、破碎、二级分拣、干燥、炭化、冷却、三级分拣、改性等工序后制得的高含碳量的粗骨，具体来说：

一级分拣是利用磁体、电磁铁分拣出铁、钴、镍及其合金等磁性较强的物质，通过特殊的碾压机构，排挤出质地坚硬的金属、陶瓷、玻璃、水泥制品等物质，以及体积大的物体，并尽可能采用先进的探测仪分拣出重金属等有毒、有害的无机物；

破碎是通过特殊机构进行碾压、切割、剪切，将原料进行破碎，为后续分拣、传送、干燥、炭化创造条件；

二级分拣是进一步利用磁体、电磁铁分拣出铁、钴、镍及其合金等磁性较强的物质，通过特殊的碾压装置、密度分离机构，排挤出质地坚硬、密度大的金属、陶瓷、玻璃、水泥制品等物质，并尽量可能采用先进的探测仪分拣出重金属等有毒、有害的无机物；

干燥是通过挤压机构、烘干装置排出原料中水分，一般烘干温度为 120℃～150℃；

炭化是指有机原料在隔绝空气条件下加热分解的反应过程，并生成炭化物，加热温度、加热时间、温升速率和压强是炭化的重要工艺参数，生产中需要根据原料的不同和产品的性能要求，通过实验确定具体合理的技术参数，不可统一制定；

冷却是将炭化后的物质通过冷却系统冷却至常温，冷却过程中的余热可用于上述烘干；

三级分拣是按冷却后炭化物的物理特性，包括粒径、密度、强度、孔隙率、孔径等，进行分拣，物理特性与原料组分、加热温度、加热时间，以及破碎、干燥、炭化、冷却、修饰、分拣等工艺相关；

改性是利用添加剂、催化剂、界面剂对炭化物进行包覆、修饰，还包括对炭化物进行二次炭化、添加外加剂后的再次炭化，以及烧结、晶体重构，是通过改变碳基骨料的微观结构、化学成分、物理性质而改变其性能的重要手段。

进一步地，碳基骨料根据其粒径分粗骨料、细骨料和粉体，根据其密度分重质骨料、轻质骨料，根据其抗压强度分高强度骨料、中强度骨料和低强度骨料，根据其空隙结构分大孔骨料、小孔骨料和致密骨料,根据其炭化温度和时间分轻度炭化、中度炭化、深度炭化、改性炭化。

轻度炭化的温度为151℃～280℃，中度炭化的温度为281℃～450℃，深度炭化的温度为451℃～600℃，改性炭化的温度为600℃以上。在炭化过程中，在温度超过150℃后，开始发生脱水反应；温度在150℃到240℃之间时，纤维素结构氢键断裂；温度在240℃到400℃时，木质内部的C-O键和C-C键断裂；在温度大于400℃时，木质内部发生芳构化，形成网状结构，碳网络收缩,大量裂解气体挥发,同时留下大量孔隙；700℃以后质量趋向稳定，随炭化温度的升高，碳多环结构中的碳原子数增多，石墨微晶长大且排列更加规则，晶体结构发生重构。

粗骨料、细骨料、粉体还可用于土壤改良、路基、建筑回填土、屋面找坡保温材料等，也可用做其他产品的生产原料。

优选的，为了提高复合材料整体的含碳量，胶凝材料宜选含碳量高、性能合理的树脂，纤维材料宜选碳纤维。

优选的，保温材料应选用轻质骨料中的大孔骨料、小孔骨料进行合理级配，以降低复合材料的导热系数。此外，将骨料进行合理改性，也能显著提高保温材料的性能。例如，将轻度炭化的骨料与氧化钙粉体充分混合，然后二次炭化，进行改性，由于氧化钙与骨料分解出的CO₂发生反应，产生的碳酸钙不仅体积增大，而且不溶于水，从而导致骨料的空隙被封闭，表面被包覆，提高了复合材料的热工、耐水、防火等方面的性能。

优选的，填充墙的砌体材料可选用重质骨料、中强度骨料，板材宜选高强度骨料，高强度复合材料可选用致密骨料，土壤改良可选中度炭化或深度炭化、低强度骨料中的细骨料、粉体，以及废弃的碳基骨料，实现物尽其用。

炭化过程中产生的可燃气体为炭化工序中的可用能源，例如当木材温度升高到225℃～275℃时，热解产生的可燃气体能点燃形成明火。充分利用炭化过程中产生的可燃气体，不仅能极大节约能源，而且也能减少污染。生产过程中产生的废气、废水需要经过净化装置净化后排放，废热加以利用，以实现节约能源、减少污染。

优选的，高强度的碳基骨料、碳基复合材料，如木材陶瓷的制造，可采用轻度炭化的木材在热固性树脂溶液中浸渍后，再在真空(或通入氮气保护) 的条件下经过改性炭化而成，其结构致密、硬质、耐磨、耐热、质量轻、比强度高，而且是具有金属离子键和共价键的无机物，因而也是一种陶瓷材料。

优选的，固碳型复合材料采用流水线的方式进行自动生产。

与现有技术相比，发明的有益效果是：

1.将生活垃圾、生物质废弃物实现资源化利用，用来制造高含碳量的材料，具有突出的节约资源、节能减排的社会效益和生态效益。

2.利用速生林、竹子等速生植物大量吸收大气中的二氧化碳，并以它们为原料，制造高含碳量的材料，具有节约资源、减碳固碳的社会效益和生态效益。

3.以上述高含碳量的材料为原料，制造高碳量的人造板材、墙体材料、土壤肥料等材料，应用于建筑、道路、土壤改良等工程，还可制造其他产品，从而将巨量的建筑、道路、土壤等发展为碳库，拓展了碳库的范围，具有节约资源、减碳固碳的社会效益和生态效益。

4.固碳型复合材料解决了传统木质板材、墙体材料存在吸湿、耐水、防火、耐久、保温、隔音、轻质、高强等问题，具有显著的技术优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为固碳型复合材料的构造示意图；

图2为固碳型复合材料的主要生产流程框图；

图3为碳基骨料的炭化流程框图。

图中标记为：1、坯料；2、构造层；3、饰面层；4、长纤维；5、短纤维。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

请参阅图1至图3，一种基于固碳需求的复合材料，包括坯料1、构造层2和饰面层3。

坯料1是由胶凝材料将碳基骨料和纤维材料按组分配比和技术参数进行胶结而成的整体。组分配比和技术参数是指胶凝材料的理化性质与用量、碳基骨料的组成及其配比、纤维材料的材质和参数，以及胶结过程中温度、湿度、时间、压力等方面的技术参数，这些参数根据产品的性能要求而定，也与所选用的原料组分相关。

构造层2为加强层、保温层、防火层、防水层、防腐层、结合层、界面层中的一层或多层胶结在坯料1的外表面。其中，加强层可选用碳纤维、玻璃纤维、金属、无纺布等抗拉材料，利用胶凝材料胶结在坯料1的受拉面，以提高复合材料，尤其是各种板材的抗拉、抗弯、抗压等强度；保温层是以保温涂料、保温浆料等保温材料进行包覆，进一步提高复合材料的保温性能；防火层是以防火涂料等材料进行包覆，提高复合材料的耐火能力，减缓火焰蔓延传播速度，或在一定时间、温度内阻止燃烧；防水层是用防水涂料等材料进行包覆，阻止水分的进入；防腐层是针对具体的防腐目的与要求，用专用的防腐涂料等材料进行包覆，阻止其发生化学腐蚀、生物侵蚀、材料风化等腐蚀而设置的构造层2；结合层、界面层是为了加强饰面层3与构造层2、饰面层3与坯料1，以及上述各种构造层2之间的胶结强度而设置的。上述构造层2根据需要设置。

饰面层3为涂料、金属、玻璃、陶瓷、石材、水泥、塑料、木质、竹材、皮革等饰面材料中的一种或多种，用胶凝材料胶结在坯料1或构造层2的外表，以实现装饰、保护等作用。具体的饰面材料需要根据美观要求、使用环境、材料性能等因素而定。例如，一体化的外墙墙板复合材料可选用真石漆、花岗岩薄片、不锈钢薄板、镜面玻璃等作为饰面材料。

构造层2、饰面层3不需要时可省略，以节省成本，如复合材料为墙体砌块时，就不需要砌块具有构造层2和饰面层3，因为砌块的抗拉、抗弯要求不高，而且后续一般有墙面的整体装饰施工。

胶凝材料分无机胶凝材料、有机胶凝材料、复合胶凝材料，生产中根据固碳型复合材料的性能要求进行选用。其中，无机胶凝材料有水泥、石灰、火山灰等，有机胶凝材料有各种树脂、沥青、橡胶等，复合胶凝材料有聚合物水泥等。

纤维材料分短纤维5和长纤维4：短纤维5多为乱丝，与碳基骨料混合、胶结在一起，提高坯料1的强度和整体性；长纤维4以线、带、网格、孔板等形式中的一种或多种，包覆、胶结在坯料1的受拉面，以提高复合材料的抗拉、抗弯强度。

固碳型复合材料包括但不限于以下类型：按形状分板材、块材、卷材三种类型，按耐火性能分耐高温材料和常温材料。

碳基骨料是以生活垃圾、生物质为原料依次经过一级分拣、破碎、二级分拣、干燥、炭化、冷却、三级分拣、改性等工序后制得的高含碳量的粗骨，具体来说：

一级分拣是利用磁体、电磁铁分拣出铁、钴、镍及其合金等磁性较强的物质，通过特殊的碾压机构，排挤出质地坚硬的金属、陶瓷、玻璃、水泥制品等物质，以及体积大的物体，并尽可能采用先进的探测仪分拣出重金属等有毒、有害的无机物；

破碎是通过特殊机构进行碾压、切割、剪切，将原料进行破碎，为后续分拣、传送、干燥、炭化创造条件；

二级分拣是进一步利用磁体、电磁铁分拣出铁、钴、镍及其合金等磁性较强的物质，通过特殊的碾压装置、密度分离机构，排挤出质地坚硬、密度大的金属、陶瓷、玻璃、水泥制品等物质，并尽量可能采用先进的探测仪分拣出重金属等有毒、有害的无机物；

干燥是通过挤压机构、烘干装置排出原料中水分，一般烘干温度为 120℃～150℃；

炭化是指有机原料在隔绝空气条件下加热分解的反应过程，并生成炭化物，加热温度、加热时间、温升速率和压强是炭化的重要工艺参数，生产中需要根据原料的不同和产品的性能要求，通过实验确定具体合理的技术参数，不可统一制定；

冷却是将炭化后的物质通过冷却系统冷却至常温，冷却过程中的余热可用于上述烘干；

三级分拣是按冷却后炭化物的物理特性，包括粒径、密度、强度、孔隙率、孔径等，进行分拣，物理特性与原料组分、加热温度、加热时间，以及破碎、干燥、炭化、冷却、修饰、分拣等工艺相关；

改性是利用添加剂、催化剂、界面剂对炭化物进行包覆、修饰，还包括对炭化物进行二次炭化、添加外加剂后的再次炭化，以及烧结、晶体重构，是通过改变碳基骨料的微观结构、化学成分、物理性质而改变其性能的重要手段。

进一步地，碳基骨料根据其粒径分粗骨料、细骨料和粉体，根据其密度分重质骨料、轻质骨料，根据其抗压强度分高强度骨料、中强度骨料和低强度骨料，根据其空隙结构分大孔骨料、小孔骨料和致密骨料,根据其炭化温度和时间分轻度炭化、中度炭化、深度炭化、改性炭化。

轻度炭化的温度为151℃～280℃，中度炭化的温度为281℃～450℃，深度炭化的温度为451℃～600℃，改性炭化的温度为600℃以上。在炭化过程中，在温度超过150℃后，开始发生脱水反应；温度在150℃到240℃之间时，纤维素结构氢键断裂；温度在240℃到400℃时，木质内部的C-O键和C-C键断裂；在温度大于400℃时，木质内部发生芳构化，形成网状结构，碳网络收缩,大量裂解气体挥发,同时留下大量孔隙；700℃以后质量趋向稳定，随炭化温度的升高，碳多环结构中的碳原子数增多，石墨微晶长大且排列更加规则，晶体结构发生重构。

粗骨料、细骨料、粉体还可用于土壤改良、路基、建筑回填土、屋面找坡保温材料等，也可用做其他产品的生产原料。

优选的，为了提高复合材料整体的含碳量，胶凝材料宜选含碳量高、性能合理的树脂，纤维材料宜选碳纤维。保温材料应选用轻质骨料中的大孔骨料、小孔骨料进行合理级配，以降低复合材料的导热系数。此外，将骨料进行合理改性，也能显著提高保温材料的性能。例如，将轻度炭化的骨料与氧化钙粉体充分混合，然后二次炭化，进行改性，由于氧化钙与骨料分解出的 CO₂发生反应，产生的碳酸钙不仅体积增大，而且不溶于水，从而导致骨料的空隙被封闭，表面被包覆，提高了复合材料的热工、耐水、防火等方面的性能。填充墙的砌体材料可选用重质骨料、中强度骨料，板材宜选高强度骨料，高强度复合材料可选用致密骨料，土壤改良可选中度炭化或深度炭化、低强度骨料中的细骨料、粉体，以及废弃的碳基骨料，实现物尽其用。

炭化过程中产生的可燃气体为炭化工序中的可用能源，例如当木材温度升高到225℃～275℃时，热解产生的可燃气体能点燃形成明火。充分利用炭化过程中产生的可燃气体，不仅能极大节约能源，而且也能减少污染。生产过程中产生的废气、废水需要经过净化装置净化后排放，废热加以利用，以实现节约能源、减少污染。

优选的，高强度的碳基骨料、碳基复合材料，如木材陶瓷的制造，可采用轻度炭化的木材在热固性树脂溶液中浸渍后，再在真空(或通入氮气保护) 的条件下经过改性炭化而成，其结构致密、硬质、耐磨、耐热、质量轻、比强度高，而且是具有金属离子键和共价键的无机物，因而也是一种陶瓷材料。

优选的，固碳型复合材料采用流水线的方式进行自动生产。下面通过具体的实例进行详细说明。

实施例1

一种高碳中密度砌块

规格：600mm长、200mm宽、200mm厚。

原料：碳基骨料以生活垃圾为原料，纤维材料为玻纤布的生产废料，胶凝材料为聚合物水泥，其中玻纤废料剪切为60mm长后，分散为乱丝。

碳基骨料生产：首先将生活垃圾投入料槽内进行碾压、分散，利用碾压机构的特殊结构，排挤出质地坚硬的金属、陶瓷、玻璃、水泥制品等物质，并利用电磁铁分拣出铁、钴、镍及其合金等磁性较强的物质，同时人工分拣废旧电池、电路板等有毒、有害以及需要回收的物品，完成一级分拣。

然后，原料自动落入破碎机构，经过碾压、切割、剪切后，污水流出，原料进行二级分拣，包括通过特殊的碾压装置、密度分离机构，排挤出质地坚硬、密度大的金属、陶瓷、玻璃、水泥制品等物体，利用强磁铁分拣出铁、钴、镍及其合金等磁性较强的物质。

之后，原料进入密闭的绞龙提升机，并提升至密闭的炭化仓上部进行炭化。在提升过程中，提升机内的温度逐步提高，由常温加热到150℃，完成原料的烘干，并由顶部的排气管将水蒸气等气体排至热交换装置，进行废热利用、气液分离；在炭化过程中，原料在机械加压和自重的作用下，从上向下缓慢运动，温度从上向下逐渐提高，从150℃提高到600℃,完成炭化，并进入炭化仓的下部进行冷却，同时炭化过程中产生的气体从炭化仓的顶部排气管排至热交换装置，进行废热利用、气液分离、可燃气体利用。

最后，冷却后的炭化物自动落入筛分机构，分拣出的粒径1-10mm的骨料即为所需的碳基骨料，其他炭化物收集起来用做其他用途，完成碳基骨料生产。由于采用生活垃圾为原料，其含水量大、物质成分复杂，生产过程中产生的废水、废气需要经过净化后再排放。

砌块生产：首先将碳基骨料中粒径为1-2mm、2-5mm、5-10mm的骨料，以及玻纤乱丝、聚合物水泥，按4:10:10:1:15的重量比例进行称量，投入滚桶搅拌机中干搅拌5分钟，然后按水灰比为2:3加水，再搅拌5分钟后自动倒入砌块模具中，通过压实、定型、脱模、养护、晾干后，即得高碳中密度砌块成品。该产品可用于建筑填充墙。

实施例2

一种高碳一体化复合墙板

材料规格：3000mm长、600mm宽、180mm厚，主要技术指标有密度≤360kg/m³、导热系数≤1.2/W(m·k)、抗压强度≥3.5MPa。

原料：饰面原料为真石漆饰面(芝麻白)，短纤维原料为短切玻璃纤维乱丝，长纤维原料为300克玻璃纤维网格布和1K碳纤维丝，胶凝材料为聚合物水泥，构造层原料选200克玻璃纤维网格布和外墙腻子粉。

碳基骨料生产：碳基骨料的原料选城市绿化修剪后的废弃物。首先，在绿化修剪现场，分拣出金属等无机杂质后，利用树木破碎机将剪下的树枝、树干破碎为10-30mm粒径的树木颗粒，并运回墙板生产车间。由于原料材质均匀，无需进行一级分拣、破碎、二级分拣。

然后，将树木颗粒送入密闭的绞龙提升机，并提升至密闭的炭化仓上部进行炭化。在提升过程中，提升机内的温度逐步提高，由常温加热到150℃，完成原料的烘干，并由顶部的排气管将水蒸气等气体排至热交换装置，进行废热利用、气液分离；在炭化过程中，原料在机械加压和自重的作用下，从上向下缓慢运动，炭化仓温度从上向下逐渐提高，从150℃提高到450℃, 完成炭化，并进入炭化仓的下部进行冷却，同时炭化过程中产生的气体从炭化仓的顶部排气管排至热交换装置，进行废热利用、气液分离、可燃气体利用。

最后，冷却后的炭化物自动落入筛分机构，分拣出粒径1-20mm的骨料即为所需的碳基骨料，其他炭化物收集起来用做其他用途，完成碳基骨料生产。

墙板生产：第一步，按以下第二到第五步的工艺与技术参数制作300mm 长、300mm宽、180mm厚的试件5块进行实验，如果技术指标达不到要求，需要对原料及其组分配比进行调整；如果达到要求，按第二到第五步完成生产。

第二步，将碳基骨料中粒径为1-2mm、2-10mm、10-20mm的骨料，以及玻纤乱丝、聚合物水泥，按5:10:5:2:18的重量比例进行称量，投入滚桶搅拌机中干搅拌5分钟，同时在模具底面平整铺设300克玻璃纤维网格布，并在网格布上加铺通长、张紧的1K碳纤维丝，其间距为50mm。

第三步，按水灰比为2:3向搅拌机内喷洒加水，再湿搅拌5分钟后，混合料自动倒入模具中，通过压实、整平后，先铺设间距50mm、通长、张紧的1K碳纤维丝，再平整铺设300克玻璃纤维网格布，然后经过压实、定型、脱模、养护、晾干，即得墙板坯料。

第四步，将外墙腻子粉与水按3:1的比例调配成膏糊状，先在坯料表面涂刮1mm厚(最薄处)腻子，然后平整铺贴200克玻璃纤维网格布，并再次涂刮腻子，直至外观平整、棱角美观，完成构造层加工，并进行晾干。

第五步，将墙板的外立面和四周侧面按工艺要求喷真石漆底漆、面漆和罩面剂，内侧面喷渗透型防水剂一遍，待干燥后经过抽检、包装，即得成品。该产品可用于装配式建筑外墙。

实施例3

一种木材陶瓷板

材料规格为400mm长、400mm宽、10mm厚，制造步骤如下：

第一步，利用实施例2中筛分出的粒径小于40目的碳基粉体和双酚A 型环氧树脂为原料，按2:1的比例称取相应质量的碳基粉体和环氧树脂；

第二步，以无水乙醇稀释环氧树脂，然后加入碳基粉体，搅拌、浸渍 12小时后，投入模具中(底部沉淀的重质粉体多为杂物，不得倒入模具)；

第三步，将模具放入烘干箱中烘干(120℃)，然后置于300MPa的液压成形机上加压成形；

第四步，将成形后的半成品放入氮气保护的炭化仓中进行炭化：第一阶段以5℃/min的速度升温至400℃，保温1小时；第二阶段以5℃/min的速度升温至1000℃，保温3小时；第三阶段以10℃/min的速度降温至400℃后随仓冷却，即得成品。木材陶瓷板轻质高强度，可做构造用材；并且硬质耐磨，可做摩擦材料；以及耐热耐腐蚀，可用于高温、腐蚀环境。

以上实施例的工作原理：

第一，碳是常温下化学性质比较稳定的非金属元素，无论是生活垃圾还是生物质，都以有机物为主，利用炭化方法将有机物进行分解，就能实现有机碳转化为无机碳，成为化学性质稳定的碳单质，从而避免有机碳转化为二氧化碳、甲烷等温室气体；

第二，通过炭化得到的碳基骨料，含碳量高，以其为原料制造复合材料，应用于建筑、道路、土壤改良等工程中，就能将碳基骨料中大量的碳长久封存在这些工程中，拓展了碳库；

第三，碳基骨料不仅化学性质比较稳定，而且其特有的微观结构也能提高复合材料的有关性能。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.种固碳型复合材料，包括坯料（1）、构造层（2）和饰面层（3），其特征在于：所述坯料（1）是由胶凝材料将碳基骨料和纤维材料按规定的组分配比与技术参数进行胶结而成的整体；所述构造层（2）胶结在所述坯料（1）的表面；所述饰面层（3）胶结在所述的坯料（1）或构造层（2）的外表；

所述碳基骨料是以生活垃圾、生物质为原料，依次经过一级分拣、破碎、二级分拣、干燥、炭化、冷却、三级分拣、改性工序后制得的高含碳量的骨料，其中，一级分拣是分拣出质地硬、体积大、有毒害的物质，破碎是将原料进行碾压、切割、剪切，二级分拣是分拣出质地硬、密度大、有毒害的无机物，干燥是通过挤压、烘干排出原料中水分，炭化是指有机原料在隔绝空气条件下加热分解生成炭化物，冷却是将炭化物通过冷却系统冷却至常温，三级分拣是按冷却后炭化物的物理参数进行骨料的分拣，改性是利用添加剂、催化剂、界面剂对炭化物进行包覆、修饰，还包括对炭化物进行二次炭化、添加外加剂后的再次炭化，以及烧结、晶体重构；所述构造层（2）为加强层、保温层、防火层、防水层、防腐层、结合层、界面层中的一层或多层，按需设置；所述饰面层（3）以涂料、金属、玻璃、陶瓷、石材、水泥、塑料、木质、皮革中一种或多种作为饰面材料，按需设置；所述胶凝材料为无机胶凝材料、有机胶凝材料、复合胶凝材料中的一种或多种，根据所述固碳型复合材料的性能要求选用。

2.据权利要求1所述的一种固碳型复合材料，其特征在于：所述固碳型复合材料按形状分为板材、块材、卷材三种类型；所述碳基骨料根据其粒径分为粗骨料、细骨料和粉体，根据其密度分为重质骨料、轻质骨料，根据其抗压强度分为高强度骨料、中强度骨料和低强度骨料，根据其空隙结构分为大孔骨料、小孔骨料和致密骨料,根据其炭化温度和时间分为轻度炭化、中度炭化、深度炭化、改性炭化；这些分类涉及的参数与所述碳基骨料的原料组分、加热温度、加热时间，以及所述的破碎、干燥、炭化、冷却、修饰、分拣工艺相关。

3.据权利要求1所述的一种固碳型复合材料，其特征在于：所述纤维材料分为长纤维（4）和短纤维（5），其中，短纤维与所述碳基骨料混合、胶结在一起，长纤维以线、带、网格、孔板中的一种或多种形式，包覆、胶结在所述坯料（1）的受拉面。

4.据权利要求2所述的一种固碳型复合材料，其特征在于：所述干燥所需能量以所述冷却的余热、生产中的废热为主，所述炭化的过程中产生的可燃气为所述炭化的可用能源，产生的废气、废水经过净化装置净化后排放；所述干燥的温度区间为120℃～150℃，所述轻度炭化的温度区间为150℃～275℃，所述中度炭化的温度区间为276℃～450℃，所述深度炭化的温度区间为450℃～600℃，所述改性炭化的温度区间为600℃以上。