[發明專利]一種連續的回收碳纖維的方法及連續性碳纖維回收裝置

有效

• 申請號: 201810876371.4
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN109206659B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 陳亮廣
• 申請（專利權）人: 陳亮廣
• 主分類號: C08J11/00
• 分類號: C08J11/00;C08J11/16
• 代理公司: 廣州鼎賢知識產權代理有限公司 44502
• 代理人: 劉莉梅;曾文娟

本發明公開一種連續的回收碳纖維的方法，包括以下步驟：步驟S10、通過加熱空氣或者裂解反應產生的高溫煙氣對熱裂解爐膛下端加熱以及對第一預熱管和第二預熱管進行預熱；步驟S20、將廢棄碳纖維增強樹脂基復合材料由第一預熱管吹入熱裂解爐膛內，同時將固體超強酸顆粒由第二預熱管吹入熱裂解爐膛內；步驟S30、廢棄碳纖維增強樹脂基復合材料與固體超強酸顆粒在熱裂解爐膛內匯合并接觸反應，產生的有機氣體與碳纖維在旋風分離器中進行分離，以回收碳纖維，有機氣體通過引風機進入高溫燃燒器中進行燃燒。本發明采用了固體超強酸替換流化沙粒，同時對進料以及預熱方式進行了改進，使樹脂基體均勻受熱并催化分解，從而實現碳纖維資源的回收和再利用。

技術領域

本發明涉及廢棄碳纖維增強復合材料中的碳纖維回收技術領域，具體涉及一種連續的回收碳纖維的方法及應用于該方法中的連續性碳纖維回收裝置。

背景技術

碳纖維是一種含碳量在95％以上的高強度、高模量的新型纖維材料，將碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合，制成的結構材料成為碳纖維增強復合材料(Carbon FiberReinforced Polymer，CFRP)。

碳纖維增強復合材料具有輕質高強、耐熱和耐腐蝕性好等優異性能，廣泛應用于航空航天、體育器材、醫療器械、交通工具、電子電器、風電產業等領域，是我國經濟和科技發展中不可替代的重要戰略物資。隨著碳纖維增強復合材料應用的迅速擴大，未來將產生大量達到壽命周期的碳纖維增強復合材料廢棄物，據預測，全球廢棄碳纖維增強復合材料制品至2020年可達5萬噸，其中含碳纖維2.5萬噸以上，按平均價格200元/千克計算，價值約合人民幣50億元以上，回收量及價值巨大；與此同時，高速生產碳纖維增強復合材料的同時也會產生大量的廢品和邊角料；碳纖維增強復合材料的回收再利用問題一直是阻礙碳纖維應用的重要關隘之一，因此，廢棄物的回收再利用技術的開發和產業化已迫在眉睫。

目前，國內對碳纖維增強復合材料的回收研究還處于起步階段。現有技術公開的回收方法主要包括機械法、電化學降解法、超臨界/亞超臨界流體分解法、溶劑法、化學分解法、熱解法等6種方法。機械法(CN 1072880 A)是將廢棄物粉碎或熔融作為新材料的原材料使用，該方法生產成本較低、處理方法簡單，但是該方法得到的大多是低價值的再生產品，不適用于高價值的碳纖維增強復合材料的回收。通過將待回收的碳纖維復合增強材料作為陽極，采用電化學的方法(CN 104499039 B)來進行碳纖維的回收，得到較為完整的碳纖維，但歷時較長，優選21天，經濟性較差。超臨界水處理方法(CN 103897213 A；CN 106397826A)雖然可獲得高性能的碳纖維且具有清潔無污染的特點，但是需要在高溫高壓的反應條件下進行，對設備操作安全系數要求高。溶劑法(CN 103101127 A)具體是用溶劑浸泡回收用的碳纖維增強復合材料，反應后移除多余的液體，預加熱至最低溶劑沸點，再繼續加熱到最高溶劑沸點，使得復合材料分層，但效果并不理想。在化學分解法中，最早是提出利用硝酸(CN 1483754 A)等強腐蝕性酸可對環氧樹脂進行降解，可回收得到表面干凈的碳纖維，但是硝酸等強酸由于腐蝕性強，對設備要求較高，且回收后的碳纖維單絲由于受到硝酸溶液的影響強度下降較大；利用酸煮、再放入密封反應釜中加入氧化劑和溶劑進行熱處理(CN102391543 A)，在低溫低壓的溫和條件下反應，回收后的纖維的強度可以達到原始纖維強度的90％以上，但是工藝復雜，期間需經歷酸煮、洗滌、干燥、熱處理、洗滌、浸漬等多個步驟，且耗時長，難于實現工業化；而利用酸和溶劑的混合液加熱降解復合材料再用堿中和降解液的方法中(CN 107636054 A、CN 103524784 A)，超過95％的碳纖維可以被回收利用，并保持了大部分原有的紋理和力學性能，且降解樹脂產品加工后可作為化工產品，但降解過程中利用了大量的酸、溶劑、過氧化劑等，后續處理成本高，對環境產生負面影響。