[發(fā)明專(zhuān)利]一種碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的回收方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710010761.9
• 申請(qǐng)日: 2017-01-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106750507A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉勇;彭帥;崔永杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C08J11/00
• 分類(lèi)號(hào): C08J11/00;C08L63/00;C08L67/02;C08L69/00;C08L61/06;C08L35/00;C08K7/06
• 代理公司: 上海泰能知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所31233
• 代理人: 黃志達(dá),魏峯

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的回收再生利用領(lǐng)域，特別涉及一種碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的回收方法。

背景技術(shù)

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度和比模量，結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定和耐腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于航天航空、交通工具、電子工業(yè)等領(lǐng)域。當(dāng)前，碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的用量正在快速增長(zhǎng)，其在國(guó)防安全、國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及日常生活等方面有更加重要的作用。

盡管碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料有眾多的優(yōu)點(diǎn)，但是由于碳纖維不可降解，在達(dá)到使用壽命和更新周期后，大量廢棄的碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料產(chǎn)品由于對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染而亟待處理。

當(dāng)前碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的回收方法主要有：機(jī)械回收法、超臨界法、熱裂解法、強(qiáng)酸分解法等。機(jī)械回收法是在機(jī)械力的作用下粉碎復(fù)合材料，破壞纖維和樹(shù)脂之間的界面結(jié)合力，從而使纖維從交聯(lián)結(jié)構(gòu)中剝離出來(lái)，但得到的碳纖維表面有大量的殘留物，且纖維的力學(xué)性能損傷較大。

中國(guó)專(zhuān)利CN103333360A(公開(kāi)日期為2013年10月2日)公開(kāi)了一種超臨界法回收碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的方法，該方法將處理后的碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料放入增壓至5～30MPa充滿(mǎn)CO₂的反應(yīng)釜中，并將反應(yīng)釜中的溫度加熱到50℃～500℃，使樹(shù)脂發(fā)生超臨界反應(yīng)而分解從而得到回收的碳纖維。該方法的優(yōu)點(diǎn)是樹(shù)脂基體的分解率大于95％，得到的碳纖維力學(xué)性能損失小于5％，且表面基本沒(méi)有殘留物質(zhì)。缺點(diǎn)是需要在高溫高壓的反應(yīng)條件下進(jìn)行，對(duì)反應(yīng)設(shè)備的要求較高，很難工業(yè)化。

中國(guó)專(zhuān)利CN103665427A(公開(kāi)日期為2014年3月26日)公開(kāi)了一種碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料熱裂解回收方法，該方法將碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料放置在350℃～900℃的高溫?zé)o氧惰性環(huán)境下，使得樹(shù)脂基體發(fā)生熱裂解反應(yīng)，最終得到碳纖維。該方法的優(yōu)點(diǎn)是提高了碳纖維的回收效率，減少了回收得到的碳纖維表面易結(jié)碳的現(xiàn)象從而提高了回收得到的碳纖維力學(xué)性能。缺點(diǎn)是需要高溫和氮?dú)獗Ｗo(hù)下的無(wú)氧的惰性環(huán)境，能耗較大，不易工業(yè)化。也不能完全避免碳纖維表面結(jié)碳現(xiàn)象，碳纖維力學(xué)性能也有一定的下降。

中國(guó)專(zhuān)利CN1483754A(公開(kāi)日期為2004年3月24日)公開(kāi)了一種利用強(qiáng)酸分解廢棄碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的方法，該方法將碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料放入2mol/L～8mol/L的硝酸溶液中，加熱到70℃～90℃使樹(shù)脂在常壓下分解，從而回收得到碳纖維。該方法的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有高溫高壓條件，工藝流程簡(jiǎn)單，分解效率高，回收得到表面干凈的碳纖維。缺點(diǎn)是：強(qiáng)酸的腐蝕性較高，對(duì)設(shè)備的要求高，對(duì)操作的安全系數(shù)要求較高，后反應(yīng)處理難，對(duì)環(huán)境污染大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的回收方法，該方法克服現(xiàn)有回收技術(shù)所存在的污染大、能耗高、回收碳纖維力學(xué)性能低下等缺點(diǎn)。

本發(fā)明的一種碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的回收方法，包括：

(1)將廢棄的碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料切成板狀，得到碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料板，然后處理得到的復(fù)合材料板兩端表面的樹(shù)脂至碳纖維裸露；

(2)將步驟(1)中處理得到的碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料板在超聲強(qiáng)化或微波強(qiáng)化的條件下，在電解液中進(jìn)行老化處理；

(3)將步驟(2)中老化處理得到的碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料板中的裸露碳纖維與直流電源的陽(yáng)極相連，石墨棒與直流電源的陰極相連，連通電源，在電解液中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，得到碳纖維，清洗，干燥，即可。

所述步驟(1)中樹(shù)脂為酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、馬來(lái)酸樹(shù)脂、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯或聚對(duì)苯二甲酸乙二酯。

所述樹(shù)脂可選用熱固性樹(shù)脂或熱塑性樹(shù)脂。

所述步驟(1)中碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料板的厚度為2～4mm；碳纖維裸露的長(zhǎng)度為1～2cm。

所述步驟(1)中處理的方法為：用砂紙打磨；其中，砂紙為棕剛玉砂紙、白剛玉砂紙或碳化硅砂紙，優(yōu)選碳化硅砂紙。

所述步驟(2)中超聲強(qiáng)化的條件為：頻率范圍為15KHz～60KHz，聲壓振幅有效值為2～26Mpa，超聲變化為正弦變化；微波強(qiáng)化的條件為：波長(zhǎng)范圍為1mm～1000mm，頻率為300MHz～30GHz，功率為30～600W。

所步驟(2)中老化處理的條件為：將打磨后的碳纖維復(fù)合材料板在溫度為70℃～90℃的電解液中浸泡20h-40h，然后在溫度為-30℃～-20℃的條件下放置1h-2h，之后放置在溫度為100℃～120℃，濕度為60～90％的環(huán)境中4h-8h。