[發明專利]溫和條件下回收環氧樹脂基碳纖維復合材料的方法

在審

• 申請號: 202110039832.4
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112876734A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 蔣建軍;安樂;趙琪;陳俊臻;李傳兵;楊國宇;胡毅
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C08J11/28
• 分類號: C08J11/28;C08J11/16;C08K7/06;C08L63/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 華金

本發明提出了一種在溫和條件下回收胺固化的樹脂基碳纖維復合材料的方法。該方法首先將1，3?二甲基?2?咪唑啉酮和氫氧化鉀和水形成混合溶液，然后放入碳纖維復合材料樣品和磁子后升高溫度，恒溫反應后將回收得到的混合產物中的固體和液體分離，固體是帶有樹脂殘渣的回收碳纖維，用乙醇清洗，再用去離子水超聲清洗，將清洗后的回收碳纖維進行干燥,計算降解率。此方法的回收效率高，反應條件溫和，回收碳纖維的表面形貌好。

技術領域

本發明屬于碳纖維增強胺固化環氧樹脂基復合材料回收領域，特別涉及溫和條件下回收環氧樹脂基碳纖維復合材料的方法。

背景技術

碳纖維復合材料具有許多優異的性能：質量輕，低密度，高強度，高剛度，耐腐蝕性強等，已經越來越廣泛的被應用在航空航天，風力發電，汽車，體育娛樂等行業。2020年全球碳纖維復合材料的總需求量將會達到25000噸，且在未來每年都將以較高的漲幅增長。隨著各個行業對碳纖維復合材料需求的日益增長，碳纖維復合材料的廢棄物也越來越多，然而由于熱固性的碳纖維復合材料在固化成型時內部形成了不溶不熔的三維交聯網狀結構，使得其成為難降解的廢棄物，對環境和經濟都造成了巨大的壓力，因此，國內外研究人員已經對碳纖維復合材料的降解回收引起了高度的重視。

傳統的處理碳纖維復合材料的方法是焚燒和填埋，但是焚燒和掩埋的處理方式得到的回收產物的價值低，而且對環境的壓力大，不符合綠色發展的理念。一些國家已經出臺相關的法令禁止使用這些對環境有危害的方法處理固體廢棄物。物理回收法是對廢棄物進行熔融或者使用機械方法進行粉碎，這樣的方法操作簡單，成本較低，但是得到的碳纖維力學性能損失嚴重，碳纖維的價值沒有得到很好的體現。

在目前的幾種回收方法中，化學回收方法被認為是最具有前景的回收方法。化學回收是利用一種設計好的化學體系(通常包含溶劑和催化劑)將已經固化的網狀大分子中的化學鍵斷裂，使碳纖維增強體和樹脂基體分離，從而實現對碳纖維復合材料的回收。化學回收樹脂降解率高，得到的碳纖維的力學性能保留在90％以上，因而成為目前研究回收碳纖維復合材料的熱點之一。碳纖維增強胺固化環氧樹脂基復合材料，由于其固化形成的大分子鏈更加穩固，對于這類材料回收一般使用酸預處理縮短回收時間，降低反應溫度，但是酸的使用會對環境造成傷害，對人體也有一定的危害。如果不使用酸預處理，則回收所需時間長(300min)，且溫度較高(200℃)。

當前已經公開了幾種化學溶劑法回收碳纖維復合材料廢棄物的方法。中國發明專利“超臨界流體回收熱固性纖維復合材料的方法”(CN111363197A)公開了一種使用超臨界醇回收熱固性纖維復合材料的方法，該方法將熱固性纖維復合材料廢棄物破碎成顆粒狀后加入到超臨界反應器中，加入醇將反應器溫度升高至280℃～350℃，將反應器壓力升高至7Mpa～10Mpa,反應60min～100min得到回收碳纖維和其他回收產物。但是該方法所需的溫度和壓力較高，設備也復雜。中國發明專利“一種纖維增強復合材料的回收方法”(CN111333905A)公開了一種回收纖維增強復合材料的方法，該方法將復合材料置于質量濃度≥30wt％的硫酸、鹽酸或者硝酸中，通過1-500000W的微波，在50-300℃的條件下加熱5-300min，將碳纖維和樹脂分離，該方法使用了強酸溶液，對環境的影響大，且有一定的危險性。

發明內容

本發明解決的技術問題是：為了解決現有化學回收方法回收溫度高，回收時間長的缺點，本發明提出了一種在溫和條件下回收胺固化的樹脂基碳纖維復合材料的方法。

本發明的技術方案是：溫和條件下回收環氧樹脂基碳纖維復合材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將環氧樹脂基碳纖維復合材料切割為塊體作為樣品，對塊體進行清洗和烘干；每個樣品進行下列操作；

步驟2：將50ml～60ml溶劑1，3-二甲基-2-咪唑啉酮和0.03g/ml～0.05g/ml的氫氧化鉀進行混合，并放入磁子；

步驟4：將步驟1中的樣品加入到步驟2得到的混合溶液中，將溫度升高至150℃～180℃，恒溫反應3h～5h；