CN108690218A - 一种可以高效回收可直接再利用的碳纤维的回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可以高效回收可直接再利用的碳纤维的回收方法，包括以下步骤：将废弃的碳纤维复合材料，置于微波炉反应器中进行微波热解；反应结束后，对第一步处理后的反应物从微波炉反应器中取出，后将该反应物放置于传统加热炉中，通入空气，对残炭进行氧化；本发明可以解决热解过程中树脂降解产生的残炭无法去除，回收碳纤维粘结严重的问题。且不受碳纤维复合材料样品的厚度的影响，和化学裂解中污染大的问题。
Description
技术领域
本发明属于碳纤维复合材料进行回收技术领域，具体地指一种可以高效回收可直接再利用的碳纤维的回收方法。
背景技术
碳纤维复合材料由于其高强，轻质等优点广泛应用于汽车，航天航空和建筑以及其他民用设施中。碳纤维材料复合材料主要的应用方式是和树脂基体混合使用，主要的树脂基体主要有热塑性树脂和热固性树脂。碳纤维材料由于其生产的特殊性使得其价格一直以来居高不下；而播音和空客首批使用碳纤维复合材料的飞机即将退役，使得碳纤维复合材料的处理变得迫在眉睫，碳纤维复合材料的处理主要有：掩埋，焚烧和回收。而回收的碳纤维成为对废弃用碳纤维复合材料最有效的利用方式，当前回收碳纤维的方法主要有流化床法,热解法,微波法和溶剂法。CN105199139A一种碳纤维复合材料回收方法；例如：CN104232375A一种碳纤维复合材料回收碳纤维的方法；CN104232375A一种低温微波高效处理碳纤维复合材料回收碳纤维的方法；使用上述方法回收的碳纤维的强度低，且回收碳纤维容易断裂。现有技术有流化床法,热解法,微波法和溶剂法；流化床：利用热空气将树脂氧化溶解，并且再反应器中纤维会与沙子产生摩擦，使纤维长度变短，表面收到伤害，机械性能下降。且流化床回收只能用来回收长度较短的纤维，长纤维会因为在设备中扰动而缠在一起，无法分离，进而导致实验设备损坏。传统热解法：传统热解回收技术中，加热方式为热传导和热对流，通过加热环境介质对碳纤维复合材料进行加热，所以加热不具有及时性和均一性。样品的厚度对回收碳纤维质量会造成影响，表面的碳纤维可能已经受破坏，而中心树脂还没有被热解完整。且产物残炭残留严重，树脂降解产生的残炭无法去除，所获得的回收碳纤维粘结严重。溶剂分解技术:利用化学溶剂溶解碳纤维复合材料基体树脂，所获得的回收碳纤维几乎没有树脂残留，但是该方法需要针对不同的树脂基体使用特定种类的溶剂，而且通常在高温高压环境下进行，成本高且强酸，有机溶剂等易对环境产生污染。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述不足提供一种可以高效回收可直接再利用的碳纤维的回收方法。
一种可以高效回收可直接再利用的碳纤维的回收方法，包括以下步骤：
(1)将废弃的碳纤维复合材料，置于微波炉反应器中进行微波热解；
(2)反应结束后，对第一步处理后的反应物从微波炉反应器中取出，后将该反应物放置于传统加热炉中，通入空气，对残炭进行氧化；
(3)经第二步氧化过后，所得产物为干净松散的碳纤维，取出即可。
本发明先采用微波加热的方法使碳纤维自身与电磁场发生反应，产生大量的热，可以是整块材料同时加热，没有加热不均一的问题产生。同时第二步将微波回收后的碳纤维材料加入到一定浓度的氧气混合气体的热解炉中，进行氧化回收后的碳纤维松散不粘结，可以直接再利用。本发明可以解决热解过程中树脂降解产生的残炭无法去除，回收碳纤维粘结严重的问题。且不受碳纤维复合材料样品的厚度的影响，和化学裂解中污染大的问题。
附图说明
图1为本方法流程示意图；
具体实施方式
实施例：一种可以高效回收可直接再利用的碳纤维的回收方法，包括以下步骤：
(1)将废弃的碳纤维复合材料，置于微波炉反应器中进行微波热解；
(2)反应结束后，对第一步处理后的反应物从微波炉反应器中取出，后将该反应物放置于传统加热炉中，通入空气，对残炭进行氧化；
(3)经第二步氧化过后，所得产物为干净松散的碳纤维，取出即可。
所述步骤(1)中将废弃的碳纤维复合材料置于微波炉反应器中时通入惰性气体0.1-10分钟，排空微波炉反应器中的空气，然后将微波炉反应器加热温度设定为300-600℃,时间设定为1-60min，在300-600℃的条件下微波热解1-60min。得到的碳纤维表面有一定的残炭的半成品回收碳纤维。
所述步骤(2)中传统加热炉中的氧气浓度控制在0.1-25％，在100-600℃的条件下加热1-80min。经过上述处理所得到干净松散，表面光洁完整，无残炭残留的回收碳纤维。
根据BSISO11566，对单丝纤维进行机械强度测试，结果表明，采用两步法所的得到的纤维可以保持原生碳纤维85％以上的机械性能。
其中，复合材料的树脂和碳纤维可以为：树脂基体可以为热塑性树脂和热固性树脂，其中热固性树脂可以为不饱和聚酯树脂，乙烯基树脂，环氧树脂，酚醛树脂，双马来亚酰胺树脂，脲醛树脂，聚酰胺树脂，聚氨酯树脂，有机硅树脂和呋喃树脂等其他热固性树脂；热塑性树脂主要包括聚乙烯，聚丙烯，聚酰胺聚醚醚酮，聚苯醚，合金，尼龙，聚甲醛等其它热塑性树脂；碳纤维可以为单向或其他形式织物的碳纤维预浸料中的一种或几种。
本发明两步法回收，创造了回收碳纤维的一种新型回收方式。第一步采用微波加热，效率高，加热时间短，成本低，节省能量，而且不受物料尺寸限制。在完成第一步惰性气体热解后，可以对残炭的含量，质量进行检测，找到最佳的热解条件。在经过第二步氧化处理，得到的碳纤维不仅没有残炭，表面光洁完整，而且含氧量上升，有利于直接进行在利用。微波加热升温速快，可达到50-100℃/min,不受升温速率限制，可以增加有效热解时间，减少升温时间，整体减少处理时间，节约能源。可以解绝传统加热热惯性大的问题，造成纤维过度加热，机械性能下降。传统加热中关闭加热源后，仍有一部分热会传递到物体，尤其是当温度很高的时候，微波加热则是当停止微波源后，物体自身不会在发热。
Claims (3)
1.一种可以高效回收可直接再利用的碳纤维的回收方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将废弃的碳纤维复合材料，置于微波炉反应器中进行微波热解；
(2)反应结束后，对第一步处理后的反应物从微波炉反应器中取出，后将该反应物放置于传统加热炉中，通入空气，对残炭进行氧化；
(3)经第二步氧化过后，所得产物为干净松散的碳纤维，取出即可。
2.根据权利要求1所述的可以高效回收可直接再利用的碳纤维的回收方法，其特征在于所述步骤(1)中将废弃的碳纤维复合材料置于微波炉反应器中时通入惰性气体0.1-10分钟，排空微波炉反应器中的空气，然后将微波炉反应器加热温度设定为300-600℃,时间设定为1-60min，在300-600℃的条件下微波热解1-60min。
3.根据权利要求1或2所述的可以高效回收可直接再利用的碳纤维的回收方法，其特征在于所述步骤(2)中传统加热炉中的氧气浓度控制在0.1-25％，在100-600℃的条件下加热1-80min。
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