[發明專利]胺類固化環氧樹脂基碳纖維增強復合材料的常壓溶劑回收方法

在審

• 申請號: 202010613895.1
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111793246A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 趙琪;蔣建軍;安樂;胡毅
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C08J11/00
• 分類號: C08J11/00;C08L63/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種胺類固化環氧樹脂基碳纖維增強復合材料的常壓溶劑回收方法，采用單乙醇胺和氫氧化鉀溶液體系降解碳纖維增強復合材料。冰乙酸作為反應溶劑，加入堿金屬催化劑和磁力攪拌轉子，恒溫反應得到內部分層的CFRP，CFRP放入裝有單乙醇胺溶劑，加入氫氧化鉀，恒溫反應后的固體產物和液體產物通過濾網進行分離，并收集固體產物，將收集到的固體產物用無水乙醇清洗數次，以去除固體產物表面的殘余樹脂基體和粘附的降解液等，隨即用去離子水超聲清洗2～3次，將清洗后的固體產物置于80℃左右的烘箱中烘12h。稱取干燥后碳纖維絲產物，計算降解率。本發明反應時間短暫，反應溫度低且回收效率高，所得的碳纖維表面形貌較好且性能保持較好。

技術領域

本發明屬于廢棄碳纖維增強樹脂基復合材料回收再利用技術領域，涉及一種胺類固化環氧樹脂基碳纖維增強復合材料的常壓溶劑回收方法，利用常見的有機溶劑通過兩步法對胺類固化環氧樹脂基碳纖維增強復合材料進行回收。

背景技術

碳纖維增強熱固性樹脂基復合材料(CFRP)具有高強度和剛性，重量輕，熱穩定性好等特點，是目前最先進的復合材料之一，廣泛地應用到各行各業，從航空航天到汽車再到體育用品制造。

近年來，CFRP產量的增加同時也帶來了其廢棄物的大量增加，其廢棄物因固化成型時形成三維交聯網狀結構，無法熔融或溶解，因此造成了嚴重的環境問題。針對CFRP廢棄物的回收難的問題，國內外出臺相關法律、法規引導開展熱固性碳纖維增強復合材料的回收再利用研究，實現廢棄物的資源化回收利用。

當前，化學回收包括超臨界流體法和常壓溶劑分解法。常壓溶劑分解法是采用一些高沸點的溶劑并加入適當的催化劑可以使CFRP中的樹脂基體在常壓條件下降解為可溶性的物質，進而分離出高價值的碳纖維。針對胺類固化的環氧樹脂基碳纖維增強復合材料，大都采用兩步法來降解樹脂基體，包括：先各類酸進行預處理再溶劑降解或先溶劑處理再微波輔助降解。例如，Pinglai Xu,等人研究了胺類固化環氧樹脂基復合材料中樹脂基體的在雙氧水(H₂O₂₎和二甲基甲酰胺(DMF)的混合液中降解為樹脂單體分子，具體步驟是：第一，在乙酸中對樣品進行預處理(120℃/30min)，使其膨脹分層，得到更大的表面積。第二，將預處理后分層的樣品放在烘箱里干燥(100℃/12h)。第三，將烘干后的樣品放入H₂O₂和DMF的混合溶液里加熱到120℃，恒溫反應2h。此方法所得的碳纖維表面形貌較好且性能也相對良好，降解效率高達95％以上。然而，這個方法需要的時間比較長(14～15h)。相比之下，開發另一種兩步法高效快速地回收employ 5015環氧樹脂基(RTM成型工藝常用樹脂基體)碳纖維增強復合材料的方法將具有很好的發展前景。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種胺類固化環氧樹脂基碳纖維增強復合材料的常壓溶劑回收方法，改進現有的常壓溶劑分解法中存在的反應時間長的問題。

技術方案

一種胺類固化環氧樹脂基碳纖維增強復合材料的常壓溶劑回收方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：每3～4g重量的胺類固化環氧樹脂基碳纖維增強復合材料CFRP與30ml冰乙酸混合，再加入堿金屬催化劑和磁力磁子；

步驟2：升溫至80～90℃，恒溫反應30～40min，得到內部分層的CFRP；

步驟3：采用去離子水清洗數次放入烘箱100℃烘干2h，得到預處理的CFRP；

步驟4：將預處理后的CFRP加入到裝有單乙醇胺MEA和氫氧化鉀KOH混合溶液中升溫至150～170℃，恒溫反應90～100min；

所述混合溶液的氫氧化鉀KOH為2.02～6.06g，單乙醇胺MEA為60ml；