[發(fā)明專利]一種低溫微波高效處理碳纖維復(fù)合材料回收碳纖維的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710445754.1
• 申請(qǐng)日: 2017-06-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107216480A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許磊;鄧建英;郭勝惠;彭金輝;張利波;劉秉國(guó);吳慶田;韓朝輝;李世偉;劉建華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J11/00
• 分類號(hào): C08J11/00;C08K7/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低溫微波高效處理碳纖維復(fù)合材料回收碳纖維的方法，屬于纖維復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳纖維復(fù)合材料因其高強(qiáng)度、超輕、耐高溫高壓等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、航空航天、建筑、交通運(yùn)輸與能源等多個(gè)領(lǐng)域。碳纖維是碳纖維復(fù)合材料的重要組成成分，有很大的需求量而且價(jià)格昂貴。預(yù)計(jì)2020年全球碳纖維需求量可達(dá)2.5萬(wàn)噸，按平均價(jià)格200元/千克計(jì)算，價(jià)值50億元以上，碳纖維復(fù)合材料的需求量越大其廢棄物也越多，另外碳纖維復(fù)合材料在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的邊角料、殘次品、使用過(guò)程中破壞的結(jié)構(gòu)件等中都含有大量昂貴的碳纖維，其回收與再生利用正在成為全球面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料是由增強(qiáng)體碳纖維和樹(shù)脂基體復(fù)合而成，由于碳纖維和樹(shù)脂基體的界面潤(rùn)濕性好、結(jié)合緊密，難以分離，導(dǎo)致碳纖維的回收再利用比較困難。

公告號(hào)為CN 104592546 A的發(fā)明專利中公開(kāi)了一種回收廢舊碳纖維 / 環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的方法，具體公開(kāi)了以下內(nèi)容：本發(fā)明提供的回收廢舊碳纖維 / 環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的方法，是一種利用溶劑法組合壓力法來(lái)回收廢舊碳纖維 / 環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，全過(guò)程只需一步，用無(wú)機(jī)酸與有機(jī)酸的組合酸、有機(jī)溶劑的組合溶劑以及組合氧化劑在高溫高壓下處理廢舊碳纖維 / 環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，分離得到表面無(wú)明顯缺陷的殘留樹(shù)脂極少的碳纖維。

上述發(fā)明專利用溶劑法分解回收得到表面無(wú)明顯缺陷的殘留樹(shù)脂極少的碳纖維，但是使用大量溶劑可能會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，處理后的碳纖維不易與溶劑分離，操作過(guò)程復(fù)雜，成本較高，并且該方法對(duì)碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料的種類有選擇性，并非適合所有的基體樹(shù)脂。

公告號(hào)為CN 102558603 B的發(fā)明專利中公開(kāi)了一步法回收并改性碳纖維的方法，具體公開(kāi)了以下內(nèi)容：本發(fā)明通過(guò)機(jī)械破碎的方法將聚合物碳纖維復(fù)合材料破碎成合適的大小，再將破碎后的聚合物碳纖維復(fù)合材料、溶劑和催化劑加入高壓反應(yīng)釜中，利用一定溫度和壓力的水分解碳纖維復(fù)合材料的聚合物基體，最終得到力學(xué)性能優(yōu)異、表面接有 -COOH 和 -OH 等活性基團(tuán)的回收碳纖維。本發(fā)明反應(yīng)步驟簡(jiǎn)單，高溫高壓的水能充分分解碳纖維復(fù)合材料的聚合物基體，在不破壞碳纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的同時(shí)使碳纖維表面接上 -COOH 和 -OH 等活性基團(tuán)。回收得到的碳纖維力學(xué)性能優(yōu)異，可再次作為復(fù)合材料的增強(qiáng)材料使用。

上述發(fā)明專利采用機(jī)械法和溶劑法結(jié)合的方法回收碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料。但是該方法需要高溫高壓的反應(yīng)條件，增加了回收成本；反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，流程復(fù)雜；在機(jī)械力的作用下破碎復(fù)合材料的同時(shí)也破壞了纖維長(zhǎng)度及性能，從而降低了回收所得碳纖維的價(jià)值，影響碳纖維的再生利用，造成可利用資源的浪費(fèi)。

公告號(hào)為CN 103665427 B的發(fā)明專利中公開(kāi)了一種廢棄碳纖維復(fù)合材料裂解回收碳纖維的方法，具體公開(kāi)了以下內(nèi)容：

本發(fā)明涉及一種廢棄碳纖維復(fù)合材料裂解回收碳纖維的方法，該方法包括以下步驟 ：(1)將廢棄碳纖維復(fù)合材料放入裂解裝置的爐膛內(nèi)，關(guān)嚴(yán)爐門(mén)后通入氮?dú)鈹?shù)分鐘，將爐膛內(nèi)空氣完全排出形成無(wú)氧惰性環(huán)境 ；(2)對(duì)爐膛內(nèi)的物料加熱至溫度到 350-900℃后，保持 0.5-5.0hr 并停爐，使?fàn)t膛內(nèi)的物料自然降溫，樹(shù)脂在爐膛內(nèi)發(fā)生熱裂解反應(yīng)；(3)將所述的降溫后的爐膛打開(kāi)取出產(chǎn)物。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所得的碳纖維有利于后續(xù)的切斷或者粉碎加工，并且在加工后容易分散成單纖維。本發(fā)明所得的碳纖維回收率高，性能下降程度小，操作工藝簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

上述發(fā)明專利采用惰性氣體作為保護(hù)氣氛，加熱碳纖維復(fù)合材料，使樹(shù)脂發(fā)生裂解反應(yīng)，得到固態(tài)碳纖維回收物。通常采用裂解方法回收得到的碳纖維表面易結(jié)碳，另外裂解過(guò)程可能產(chǎn)生有害氣體。

公告號(hào)為CN 105199139 A的發(fā)明專利中公開(kāi)了一種碳纖維復(fù)合材料回收方法，具體公開(kāi)了以下內(nèi)容：

本發(fā)明涉及一種碳纖維復(fù)合材料回收方法，包括如下步驟，將廢棄的碳纖維復(fù)合材料放入攪拌清洗設(shè)備中進(jìn)行清洗，將碎片平鋪于托盤(pán)上，放置于微波爐中，

對(duì)托盤(pán)中的碳纖維復(fù)合材料碎片進(jìn)行輻照加熱處理，在微波爐中填充有惰性氣體對(duì)碳纖維復(fù)合材料在微波爐內(nèi)發(fā)生降解反應(yīng)進(jìn)行保護(hù)，碳纖維復(fù)合材料降解完成后，得到固態(tài)的碳纖維回收物。通過(guò)對(duì)碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行清洗，能夠剔除碳纖維復(fù)合材料表面的雜質(zhì)，能夠提高碳纖維復(fù)合材料中碳纖維的回收率，同時(shí)通過(guò)將碳纖維復(fù)合材料切割為碎片，進(jìn)一步提升碳纖維復(fù)合材料在微波爐中的降解反應(yīng)效率，通過(guò)本發(fā)明的回收方法能夠大大提升碳纖維的回收率以及縮短回收時(shí)間，避免碳纖維材料的浪費(fèi)。