CN104499039B

CN104499039B - 一种碳纤维的回收方法

Info

Publication number: CN104499039B
Application number: CN201410751745.1A
Authority: CN
Inventors: 孙红芳; 朱继华; 邢峰; 郭官平; 刘伟; 董必钦; 徐畏婷; 王耀城; 方媛
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2034-12-09
Also published as: CN104499039A

Abstract

本发明适用于属于材料和化学技术领域，提供了一种碳纤维的回收方法，包括：将待回收处理的碳纤维复合增强材料作为阳极，导电材料作为阴极，与直流电源连接；将所述待回收处理的碳纤维复合增强材料以及负极导电材料置于电解液中，形成电化学反应体系；以及启动所述直流电源，使得作为阳极的碳纤维复合增强材料发生电化学反应，得到碳纤维。本发明提供的碳纤维回收方法能够使得碳纤维回收方法变得更加简单、绿色。

Description

一种碳纤维的回收方法

技术领域

本发明属于材料和化学技术领域，涉及一种碳纤维的回收方法。

背景技术

碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre Reinforced Polymer,简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，它同时具有基体材料和增强材料优异性能。CFRP所用的基体树脂可以分为两大类型：热固性树脂和热塑性树脂。二者中以热固性树脂为主，热固性树脂中又以环氧树脂为主。这不仅是因为环氧树脂与碳纤维的界面结合强度好，可调节各种性能的需要，又是不同工艺方面的要求所致。CFRP具有轻质高强、比模量大、电性能优良、耐腐蚀性能好、绝热性优异和减震性能好等优点。

正是由于CFRP具有以上各方面的优异性能，使得CFRP在国防、军工和航天领域得到了广泛的应用，在汽车、医疗器械、体育休闲制品、建筑工业、能源等行业的应用也日益广泛。随着复合材料需求的逐步加大，CFRP的生产方式也发生了根本性的改变。越来越多的CFRP生产公司使用自动化生产技术，这使得CFRP的成本进一步降低同时生产效率不断提高。而高速生产CFRP的同时也产生了大量的废品和边角料，约占CFRP的5％左右，同时CFRP的使用寿命约为20-30年，高产量的CFRP必然会导致CFRP废弃物的不断增加。例如，我国多数地区是地震高发区，震后粘贴碳纤维片材加固和在震前通过CFRP材料来提高抗震性能的加固可以作为一种防震措施。因此大量的CFRP废弃物引起了人们的关注，这对环境保护以及经济效益产生了巨大的影响。随着人们对环境保护的日益重视和国际形势引起的能源、资源危机，以及碳纤维复合材料中碳纤维价格昂贵、综合性能优异，进行碳纤维回收技术的研究是未来重要的发展趋势。

传统的CFRP废弃物处理方法为露天掩埋和焚烧，这种方法不仅会严重污染环境，而且经济和社会效益都不好。一方面没有使碳纤维得到循环使用，没有从根本解决目前大量CFRP废弃物高效、循环利用的目的；另一方面也会对环境造成巨大的破坏，不能实现生态上的可持续发展，并且这种方法在经济和社会效益上也较差。所以人们提出各种各样的方法，试图解决上述存在的缺点。

目前的碳纤维回收技术方法主要有物理回收法和化学回收法。物理回收法是将废弃物粉碎或熔融作为新材料的原材料使用。但这种方法会对复合材料的各组分性能造成破坏，特别是我们并不能从中得到碳纤维，无法实现可循环。化学回收是利用化学改性或分解的方法使废弃物成为可以利用的其他物质。目前这种方法能够有效回收较纯净的碳纤维，但要用到硝酸等溶液并需要加热到一定的温度(例如：95℃)，造价昂贵，不适合大规模的CFRP回收应用。

因此，有必要提供一种碳纤维的回收方法，能够使得碳纤维回收方法变得更加简单与绿色。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种光扩散材料及碳纤维得回收方法，旨在使得碳纤维回收方法变得更加高效、绿色。

本发明是这样实现的，一种碳纤维的回收方法，包括：

将待回收处理的碳纤维复合增强材料作为阳极，导电材料作为阴极，与直流电源连接；

将所述待回收处理的碳纤维复合增强材料以及负极导电材料置于电解液中，形成电化学反应体系；以及

启动所述直流电源，使得作为阳极的碳纤维复合增强材料发生电化学反应，得到碳纤维。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本技术方案提供的碳纤维回收方法，通过将待回收的碳纤维复合增强材料作为阳极，从而采用电化学的方法来进行碳纤维的回收。本发明具有以下优点：第一较好的解决了目前急待解决的大量CFRP中碳纤维回收的问题，实现了资源的循环和再利用；第二，本发明既不要粉碎也不要焚烧，而是通过电化学的方法来回收碳纤维，不会对环境造成任何的污染和破坏，这样较好的保护了环境；第三，本发明能够得到较为完整的碳纤维，可以使回收后的碳纤维能够较好的再次投入市场使用。

另外，本发明所用方法简单易行，所用电解液为为绿色清洁无污染的溶液(如NaCl溶液)，所需的经济成本相对上述方法低了很多，这种方法的经济效益和社会效益大大提高；进一步的，将此CFRP板用于土木工程中钢筋的电化学保护(钢筋做阴极，CFRP板做辅助阳极，混凝土做电解液)，可以在对钢筋进行电化学保护的同时，进行碳纤维的回收，实现了CFRP的再利用和碳纤维回收的双重目的。

附图说明

图1是本发明提供的碳纤维回收方法的流程图；

图2是本发明提供的碳纤维回收时的反应装置示意图；

图3是待回收碳纤维复合增强材料的照片；

图4是回收得到的碳纤维的照片。

图5是回收得到的碳纤维的扫描电镜照片。

图6是不同电解液浓度得到的碳纤维的拉伸强度变化的曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本技术方案第一实施方式提供一种碳纤维的回收方法，所述碳纤维的回收方法包括步骤：

第一步，将待回收处理的碳纤维复合增强材料作为阳极，导电材料作为阴极，与直流电源连接。

所述待回收处理的碳纤维复合增强材料的基体材料可以树脂材料，所述树脂材料分为两大类型：热固性树脂和热塑性树脂。本实施方式中，树脂材料为热固性树脂，所述热固性树脂可以为环氧树脂。所述待回收处理的碳纤维复合增强材料的增强材料为碳纤维。

为了增加待回收处理的碳纤维复合增强材料在后续反应中的接触面积，所述待回收处理的碳纤维复合增强材料可以为片状，也可以为其他形状。本实施方式中，所述待回收处理的碳纤维复合增强材料为厚度为2毫米的碳纤维复合增强材料板。

所述阴极的导电材料可以为不锈钢，也可以为其他导电性能良好且稳定性良好的导电材料。本实施方式中，阴极材料采用不锈钢。

本实施方式中，可以采用导线将所述待回收处理的碳纤维复合增强材料与直流电源的正极相连接，将阴极的导电材料与所述直流电源的负极相连接。

第二步，将所述待回收处理的碳纤维复合增强材料以及负极导电材料置于电解液中，形成电化学反应体系。

所述电解液可以为液体电解液，所述液体电解液可以为可以导致CFRP中树脂解聚的液体溶液，如氯化钠溶液、硫酸盐溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液等。所述电解液也可以为可以导致CFRP中树脂解聚的固体电解液，所述固体电解液可以为使用海沙的混凝土等。所述电化学反应体系请参阅图2。

本实施方式中，采用的电解液为质量百分含量为3～27％的氯化钠溶液。可以理解的是，当然也可以采用其他能够进行反应的浓度。

第三步，启动所述直流电源，使得作为阳极的碳纤维复合增强材料发生电化学反应，得到碳纤维。

本步骤中，所述电解液中的导电粒子，如氯离子等在电场的驱动下，向采用碳纤维复合增强材料制作的阳极定向迁移，并在阳极区发生氧化作用而生成氯气，部分氯气溶于水后，生成氧化性更强的次氯酸。这些强氧化性的氯气和次氯酸会与阳极碳纤维复合增强材料中的基体材料树脂发生阳极反应，从而导致所述基体材料树脂解聚，与增强材料碳纤维分离，从而使得碳纤维从碳纤维复合增强材料中分离回来，达到回收的目的。

本实施方式中，在进行电化学反应时，控制电流密度为0.5A/m²至30A/m²，优选为3A/m²。进行电化学反应的时间为3天至100天，优选为21天；温度范围5～50°，优选为室温23°。

本技术方案提供的碳纤维回收方法还可以进一步包括：

第四步，对电化学反应后得到的碳纤维进行处理和回收。

本实施方式中，对电化学反应后的碳纤维进行处理可以采用先超声震荡，以对碳纤维进行清洗，然后对超声震荡后的碳纤维进行干燥，从而得到回收的碳纤维。

请一并参阅图3至图5，待回收的碳纤维复合增强材料如图3所示，经过电化学反应后，回收得到的碳纤维如图4所示及图5所示。

请参阅图6，不同的电解质浓度得到的碳纤维的拉伸强度不同，I4表示对应的电流密度为3A/m²，VCF表示原始的碳纤维对比样，随着电解质溶液浓度得增加，获得的碳纤维的拉伸强度逐渐减小。本技术方案提供的碳纤维回收方法，通过将待回收的碳纤维复合增强材料作为阳极，从而采用电化学的方法来进行碳纤维的回收。本发明具有以下优点：第一较好的解决了目前急待解决的大量CFRP中碳纤维回收的问题，实现了资源的循环和再利用；第二，本发明既不要粉碎也不要焚烧，而是通过电化学的方法来回收碳纤维，不会对环境造成任何的污染和破坏，这样较好的保护了环境；第三，本发明能够得到较为完整的碳纤维，可以使回收后的碳纤维能够较好的再次投入市场使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种碳纤维的回收方法，包括：

启动所述直流电源，使得作为阳极的碳纤维复合增强材料发生电化学反应，得到碳纤维；

所述待回收处理的碳纤维复合增强材料包括基体材料和增强材料，所述增强材料为碳纤维；所述电化学反应是所述电解液与所述基体材料进行阳极反应，而将所述碳纤维分离出来。

2.如权利要求1所述的碳纤维回收方法，其特征在于，所述电解液为液体电解液或者固体电解液。

3.如权利要求2所述的碳纤维回收方法，其特征在于，所述固体电解液为使用海沙的混凝土。

4.如权利要求2所述的碳纤维回收方法，其特征在于，所述液体电解液为氯化钠溶液。

5.如权利要求4所述的碳纤维回收方法，其特征在于，所述碳纤维复合增强材料包括基体材料树脂，在发生电化学反应时，所述电解液中的导电的氯离子在电场的作用下向阳极迁移，并在阳极区发生氧化作用而生成氯气，部分所述氯气溶于水后，生成氧化性更强的次氯酸，所述氯气和次氯酸与阳极待回收的碳纤维复合增强材料中的基体材料树脂发生阳极反应，从而导致所述基体材料树脂解聚，与增强材料碳纤维分离，从而使得碳纤维从碳纤维复合增强材料中分离出来。

6.如权利要求1所述的碳纤维回收方法，其特征在于，在电化学反应时，电流密度为0.5A/m²至30A/m²，进行电化学反应的时间为3天至100天。

7.如权利要求6所述的碳纤维回收方法，其特征在于，在电化学反应时，电流密度为3A/m²，进行电化学反应的时间为21天。

8.如权利要求1所述的碳纤维回收方法，其特征在于，所述碳纤维的回收方法还包括：

对电化学反应后得到的碳纤维进行处理。

9.如权利要求8所述的碳纤维回收方法，其特征在于，对电化学反应后得到的碳纤维进行处理包括先采用先超声震荡，以对碳纤维进行清洗，然后对超声震荡后的碳纤维进行干燥。

10.如权利要求1所述的碳纤维回收方法，其特征在于，所述电解液为质量百分含量为3-27％的氯化钠溶液。