[發(fā)明專利]一種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料回收制備碳/碳預(yù)成型體的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810402225.8
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN108640699B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白書欣;葉益聰;朱利安;唐宇;郭文建;任俊;張孝洪
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/83
• 分類號(hào): C04B35/83;C04B35/80;C04B35/622
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 黃麗

本發(fā)明公開了一種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料回收制備碳/碳預(yù)成型體的方法，該方法包括以下步驟：(1)將碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料在惰性氣氛下進(jìn)行預(yù)熱解，使復(fù)合材料產(chǎn)生孔洞，得到預(yù)熱解產(chǎn)物；(2)將增炭劑熔融液或含增炭劑的溶液充分浸入到預(yù)熱解產(chǎn)物的孔洞內(nèi)，取出并烘干；(3)將烘干后的含增炭劑的預(yù)熱解產(chǎn)物在惰性氣氛下進(jìn)行熱解，使樹脂基體充分轉(zhuǎn)化為沉積炭，得到碳/碳預(yù)成型體。本發(fā)明不僅通過增炭劑充分回收了樹脂基體，使之轉(zhuǎn)化為沉積炭，并且回收的碳纖維規(guī)整且力學(xué)性能不降級，由此制得的碳/碳預(yù)成型體可用于制備高附加值碳/碳復(fù)合材料和碳/陶復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料正向開發(fā)高值再利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的回收與再利用領(lǐng)域，具體涉及一種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料回收制備碳/碳預(yù)成型體的方法。

背景技術(shù)

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有密度小、比強(qiáng)度和比模量高、耐疲勞性能好、耐熱性好等特點(diǎn)，已被廣泛運(yùn)用于航空航天、高級汽車、核工業(yè)等尖端產(chǎn)品領(lǐng)域。在民用方面，碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料也逐步成為了能源、交通、化工、電力等領(lǐng)域必不可少的材料。

由于碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的廣泛運(yùn)用，隨之帶來了大量的生產(chǎn)過程中邊角料、結(jié)構(gòu)損傷的復(fù)合材料、不滿足力學(xué)性能等級的復(fù)合材料及服役結(jié)束后的復(fù)合材料。伴隨碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料的高強(qiáng)性能及耐腐蝕性特點(diǎn)，碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料處理變得非常棘手。通過焚燒、填埋傳統(tǒng)處理方法不僅給環(huán)境帶來污染，而且也造成樹脂基體和高價(jià)值碳纖維的浪費(fèi)。

為了減少碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料對環(huán)境的污染以及實(shí)現(xiàn)高價(jià)值碳纖維回收再利用，國內(nèi)外研究人員提出了許多逆向回收碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的方法，即通過回收工藝將碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中的樹脂基體與碳纖維分離，保證碳纖維表面盡可能不殘留沉積炭，使回收纖維盡可能恢復(fù)到原始纖維的屬性。這些回收方法主要包括有機(jī)溶劑分解法(CN201010122570.X；CN200610151145.7)、強(qiáng)酸分解法(CN03132542.4)、超臨界流體分解法(Materials and Design,2010,31:999-1002.；Ind.Eng.Chem.Res.2010.49:4535-4541)以及熱分解法(Compos.Sci.Technol.2000,60:509-523.；J.Anal.Appl.Pyrol.2003,70:315-338)。

有機(jī)溶劑分解法能夠回收得到干凈的碳纖維，然而在回收過程中需要使用大量的溶劑，回收成本較高，使用后的溶劑經(jīng)過萃取分離回收操作復(fù)雜并且進(jìn)一步推高了碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的回收成本。該方法對碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料樹脂的種類以及固化劑具有選擇性，有些樹脂及固化劑不適合此法。另外，回收得到的樹脂無法進(jìn)行再利用。

強(qiáng)腐蝕酸對樹脂具有降解作用，通過強(qiáng)酸分解法降解樹脂可以得到干凈的碳纖維，但由于強(qiáng)酸具有腐蝕性，因此對設(shè)備和安全操作系數(shù)要求都較高，另外，反應(yīng)后的強(qiáng)酸后處理困難，回收得到的樹脂無法進(jìn)行再利用。

超臨界流體分解法具有清潔無污染特點(diǎn)，但是超臨界流體法需要在高溫高壓下進(jìn)行，因此對設(shè)備的要求高，并且回收后的醇和水中含有大量的樹脂，不易分離。

裂解法是目前唯一工業(yè)化的方法，復(fù)合材料中的聚合物被熱解為分子量較低的氫氣、烷烴、二氧化碳、烯烴、裂解油等，最后纖維得以回收。但由于回收得到的纖維表面上往往存有積炭，需要通過進(jìn)一步氧化除炭，因此回收的碳纖維也被氧化損傷，其力學(xué)性能有所下降。