CN109265736B - 一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法 - Google Patents

一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109265736B
CN109265736B CN201811058111.2A CN201811058111A CN109265736B CN 109265736 B CN109265736 B CN 109265736B CN 201811058111 A CN201811058111 A CN 201811058111A CN 109265736 B CN109265736 B CN 109265736B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sealing door
resin
inlet
carbon fiber
outlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811058111.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109265736A (zh
Inventor
于朝生
刘辉
王凤鑫
王松柏
赵志明
刘广民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qingdao Hit Resources Environmental Technology Co ltd
Original Assignee
Qingdao Hit Resources Environmental Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qingdao Hit Resources Environmental Technology Co ltd filed Critical Qingdao Hit Resources Environmental Technology Co ltd
Priority to CN201811058111.2A priority Critical patent/CN109265736B/zh
Publication of CN109265736A publication Critical patent/CN109265736A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109265736B publication Critical patent/CN109265736B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J11/00—Recovery or working-up of waste materials
    • C08J11/04—Recovery or working-up of waste materials of polymers
    • C08J11/06—Recovery or working-up of waste materials of polymers without chemical reactions
    • C08J11/08—Recovery or working-up of waste materials of polymers without chemical reactions using selective solvents for polymer components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2300/00—Characterised by the use of unspecified polymers
    • C08J2300/30—Polymeric waste or recycled polymer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/06—Elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法，涉及一种回收碳纤维和树脂的方法。本发明是要解决现有的回收碳纤维的方法对树脂进行升温降解，能量消耗较大，且降解产物会挥发到空气中造成二次污染的技术问题。本发明是将未交联的碳纤维/树脂复合材料的边角废料浸没于混合溶剂中使树脂基质溶解于混合溶剂中，然后进行固液分离，固体部分经过干燥，得到回收的碳纤维；液体部分经过蒸馏使混合溶剂蒸发，而得到树脂基质。本发明的方法能够将碳纤维和树脂全部回收，混合溶剂在体系内部重复使用，不会产生二次污染。

Description

一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化回收处理，具体涉及一种回收碳纤维和树脂的方法。
背景技术
在使用碳纤维预浸布(或预浸料)制作碳纤维复合材料部件过程中，首先需要按照所制作部件形状对碳纤维预浸布进行机械裁剪，得到若干片相应形状的碳纤维部件片，再将若干碳纤维部件片规则叠放，并经过热压固化成型得到碳纤维复合材料部件产品。在碳纤维预浸布裁剪过程中，会产生数量较多、尺寸不规则的边角废料固体废弃物，按照固体废弃物分类标准，这些边角废料属于危废，处理处置成本很高。另外，由于碳纤维价格昂贵，这些边角废料中包含有较高价值的碳纤维，若将碳纤维预浸布边角废料按照危废处置也会造成资源浪费。所以，如何有效回收碳纤维预浸布裁剪边角废料中的碳纤维及树脂，实现碳纤维资源有效利用，并且降低回收成本，成为该领域急需技术。
现有的碳纤维回收的专利中，以对聚合物(树脂)进行升温降解为主要手段，能量消耗较大，且降解产物会挥发到空气中，造成二次污染。公告号为CN105199139A的发明专利中公开了一种碳纤维复合材料回收方法，具体公开了以下内容：本发明涉及一种碳纤维复合材料回收方法，包括如下步骤，将废弃的碳纤维复合材料放入搅拌清洗设备中进行清洗，将碎片平铺于托盘上，放置于微波炉中，对托盘中的碳纤维复合材料碎片进行辐照加热处理，在微波炉中填充有惰性气体对碳纤维复合材料在微波炉内发生降解反应进行保护，碳纤维复合材料降解完成后，得到固态的碳纤维回收物。通过对碳纤维复合材料进行清洗，能够剔除碳纤维复合材料表面的杂质，能够提高碳纤维复合材料中碳纤维的回收率，同时通过将碳纤维复合材料切割为碎片，进一步提升碳纤维复合材料在微波炉中的降解反应效率，通过本发明的回收方法能够大大提升碳纤维的回收率以及缩短回收时间，避免碳纤维材料的浪费。上述发明专利采用惰性气体作为保护气氛，微波加热碳纤维复合材料，发生裂解反应，得到固态碳纤维回收物。虽然加热方式不同但仍采用裂解方法回收碳纤维，造成的有害气体必然还需要投入处理设备，否则会造成气体环境污染。
公告号为CN104262675A的发明专利中公开了一种碳纤维复合材料回收碳纤维的方法，具体公开了以下内容：本发明公开了一种碳纤维复合材料回收碳纤维的方法，其包括如下步骤：步骤1，将碳纤维复合材料放置于微波炉内，在保护气氛中，对所述碳纤维复合材料进行辐照加热处理，所述碳纤维复合材料在微波炉内发生降解反应，所述保护气氛为惰性气体或惰性气体与氧气的混合气体，在所述混合气体中，氧气含量小于或等20v％；步骤2，降解反应完成后，所得固态产物即为回收后的碳纤维。本碳纤维复合材料回收碳纤维的方法可以获得性能均一的再生碳纤维材料，并有效的提高了碳纤维的回收率。上述发明专利采用惰性气体与氧气的混合气体作为保护气氛，但是氧气含量很少，所发生的降解反应依然是裂解反应，主要为吸热反应，属于高能消耗；裂解产物复杂，缺乏后续的分离收集过程，若排放，会增加环境治理成本，且环境污染风险较高；另外，聚合物基质被转化为利用价值很低的小分子物质，缺乏合理的利用手段，造成资源的极大浪费。
发明内容
本发明是要解决现有的回收碳纤维的方法对树脂进行升温降解，能量消耗较大，且降解产物会挥发到空气中造成二次污染的技术问题，而提供一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法。
本发明的回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法是按以下步骤进行的：将未交联的碳纤维/树脂复合材料的边角废料溶解于混合溶剂中使树脂基质溶解于混合溶剂中，然后进行固液分离，固体部分经过干燥，得到回收的碳纤维；液体部分经过蒸馏使混合溶剂蒸发，而得到树脂基质；
所述的混合溶剂为甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、异丙醇、丁醇、异丁醇和苯乙酮中的一种或几种的混合物；
回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的过程具体是通过回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的装置完成的；
所述的回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的装置是由混合溶剂储罐1、脉动泵2、第一离心泵3、第一承接箱4、第一传送带5、溶解槽6、干燥箱7、换热器8、风机9、第二承接箱10、第二传送带11、料框12、蒸发器13、托盘14、空气压缩机15、浆体储罐16、第二离心泵17、板框压滤机18、第一伸缩管19、第二伸缩管20和控制器组成；
所述的料框12的上端面开口，侧壁和底端均匀布置有通孔；
所述的混合溶剂储罐1的出口与脉动泵2的入口连通，且混合溶剂储罐1设置在脉动泵2的上方，脉动泵2的出口与溶解槽6的入口相连，溶解槽6的内部底端水平设置有第一传送带5，在第一传送带5的一端设置有托盘14，托盘14的下端面与第一伸缩管19的一端固定，第一伸缩管19的另一端与溶解槽6的底端固定，托盘14与第一传送带5为滑动连接，在溶解槽6的上端面外壁的两端分别固定有第一承接箱4和第二承接箱10，第一承接箱4在托盘14的正上方，第二承接箱10在第一传送带5远离托盘14的一端的正上方，所述的第二承接箱10的上端面设置第一密封门10-1，第二承接箱10的下端面设置第二密封门10-2，第二密封门10-2的下端面与溶解槽6的内部连通，第一密封门10-1的上端面与第二承接箱10的外部连通；干燥箱7设置在溶解槽6的正上方，干燥箱7的内部底部水平设置有第二传送带11的一部分，第二传送带11的另一部分设置在干燥箱7的外部，干燥箱7的两个相对的侧壁上分别设置有第三密封门7-1和第四密封门7-2，且第三密封门7-1和第四密封门7-2的下沿均与第二传送带11的上表面处于同一水平线，第四密封门7-2设置在干燥箱7的外部的第二传送带11所在的一侧；第一承接箱4的内部底面设置第五密封门4-1，第五密封门4-1的下端面与溶解槽6的内部连通，第一承接箱4的一个侧壁的外壁与干燥箱7的第三密封门7-1所在侧壁的外壁固定，第三密封门7-1的外壁与第一承接箱4的内部连通，第一承接箱4的与第三密封门7-1相对的侧壁内壁上水平设置第二伸缩管20，第二伸缩管20与第三密封门7-1的半高处等高；干燥箱7的底部的出液口与第一离心泵3的入口连通，第一离心泵3的出口与混合溶剂储罐1的入口连通，干燥箱7的上端面的出风口与换热器8的第一入口8-1相连，换热器8的第一出口8-2与风机9的入风口相连，换热器8的第一入口8-1与第一出口8-2连通，风机9的出风口与干燥箱7的上端面的入风口相连；
溶解槽6的出口与蒸发器13的入口连通，蒸发器13的顶端的出气口与换热器8的第二入口8-3相连，换热器8的第二出口8-4与混合溶剂储罐1的入口连通，换热器8的第二入口8-3与第二出口8-4相连，且换热器8的第二入口8-3和第二出口8-4形成的管路与第一入口8-1和第一出口8-2形成的管路互相独立；蒸发器13的底部的出口与浆体储罐16的入料口相连，空气压缩机15的出风口与浆体储罐16的入风口相连，浆体储罐16的出料口与板框压滤机18的入料口相连，板框压滤机18的出口与第二离心泵17的入口连通，第二离心泵17的出口与蒸发器13的入口连通。
所述的控制器的信号输出端分别与第一伸缩管19、第二伸缩管20、第一传送带5、第二传送带11、第一密封门10-1、第二密封门10-2、第三密封门7-1、第四密封门7-2和第五密封门4-1的信号输入端连接。
本发明的回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的装置的使用方法和工作原理：向混合溶剂储罐1中加入混合溶剂，向料框12中加入未交联的碳纤维/树脂复合材料的边角废料，通过控制器打开第一密封门10-1，关闭其余的密封门，将料框12放入到第二承接箱10中，通过控制器关闭第一密封门10-1，打开第二密封门10-2，料框12落入溶解槽6内的第一传送带5上，通过控制器启动第一传送带5，同时启动脉动泵2将混合溶剂储罐1中的混合溶剂脉动鼓入到溶解槽6内，料框12的移动方向与混合溶剂的鼓入方向相对，料框12中的复合材料与混合溶剂充分接触，料框12移动到溶解槽6的托盘14上端面时，树脂已经全部从碳纤维上溶解到混合溶剂中，料框12中的碳纤维附着有少量的混合溶剂；启动风机9向干燥箱7中鼓入空气，干燥箱7中的空气通过第一入口8-1进入到换热器8中形成循环风；溶解槽6内的混合溶剂进入到蒸发器13中进行蒸发，混合溶剂气化后从第二入口8-3转移至换热器8中和换热器另一管路中的温度较低的气体交换热量后被液化通过第二出口8-4流回到混合溶剂储罐1中，另一管路中的温度较低的气体通过交换热量后变为高温的气体通过第一出口8-2和风机9再进入到干燥箱7中；蒸发器13中得到树脂浆料，然后输送到浆体储罐16中，在空气压缩机15的作用下压送到板框压滤机18中，滤掉残余的混合液(树脂在混合溶剂中的饱和溶液)得到纯品树脂材料21；另外少量的混合溶剂随着树脂浆料进入到浆体储罐16中，经过板框压滤机18和第二离心泵17的作用以饱和溶液的状态回到蒸发器13中重新处理，混合溶剂在整个体系内封闭使用，不与外界发生物质交换，不会产生二次污染和原料的浪费；
同时通过控制器打开第五密封门4-1，通过控制器启动第一伸缩管19将托盘14以及料框12竖直举起进入到第一承接箱4中至料框12与第三密封门7-1等高，通过控制器打开第三密封门7-1，通过控制器启动第二伸缩管20向第三密封门7-1水平伸展将料框12推送到干燥箱7的第二传送带11上，通过控制器关闭第三密封门7-1，启动风机9向干燥箱7中鼓入空气，空气的鼓入方向与料框12的移动方向相对，料框12与逆向吹过来的热空气作用下使附有少量混合溶剂的碳纤维干燥完毕，通过控制器打开第四密封门7-2，从料框12中取出纯净的碳纤维材料；少量混合溶剂随着料槽12中的碳纤维进入到干燥器7中，经过气体吹送后，流出干燥器7，经过第一离心泵3回到混合溶剂储罐1中。
本体系的热源只从蒸发器13中引入，蒸发器13的加热器首先提供蒸发器13中混合溶剂的气化，气体到达换热器8中液化，其潜热释放完成了干燥空气的升温，冷凝后得到的高温混合溶剂回到混合溶剂储罐1中，保证混合溶剂储罐1中保持在较高温度，高温的混合溶剂经过脉动泵2的作用，进入溶解槽6内时，树脂从碳纤维上溶解下来的过程的温度处于70℃，利用混合溶剂对树脂的加热溶解。对所有设备外部及管道加装保温材料，减小对环境释放热量，所有的热量都在体系内部综合利用，用蒸发器13中补充的热量，仅用于补充体系的保温不良而损失的热量。
为了减少混合溶剂的损失和对工作环境的影响，在把料框12放入溶解槽6和取出时，设计了具有密封门的第一承接箱4和第二承接箱10，保证混合溶剂不对外泄露。另外在干燥器7的两侧各设计一个密封门7-1和7-2，减少干燥器7内的少量溶剂和气体弥漫到空气中。
本发明根据该碳纤维复合材料的特点，在未交联的阶段，可以通过选择有机混合溶剂，溶剂的极性与包覆在碳纤维的树脂的极性相近，从而对树脂进行溶胀和溶解，使碳纤维从复合材料的树脂中分离出来，并通过回收溶剂的方法，将粘附的树脂回收加以重复使用。在上述原理基础之上，根据分离特点设计了一套完整的分离装置，做到了碳纤维材料和树脂的完全回收，混合溶剂在装置中反复使用，减少了物质损失和环境污染；热能在装置内部合理分配，减小了能耗，一套加热源完成内部各部的温度需要，节能并且不会产生二次污染，本发明的装置在实际工作时为连续工作，各个部件之间不停歇，工作效率极高。
本发明的有益效果是：本发明的方法能够将碳纤维和树脂全部回收，回收率达到100％，混合溶剂在体系内部重复使用，不会产生二次污染。碳纤维/树脂复合材料加入料框12后，在装置中完成分离过程，直接得到两种分离产物。一套加热源源，利用内部的换热和混合实现各个工段的温度需求，满足节能要求。
附图说明
图1为具体实施方式一中回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的装置的示意图；
图2为试验一中回收的碳纤维的SEM图；
图3为试验一中回收的碳纤维拉伸强度测试图；
图4为试验一中从板框压滤机18中回收的树脂21的红外图谱。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法，具体是按以下步骤进行的：将未交联的碳纤维/树脂复合材料的边角废料溶解于混合溶剂中使树脂基质溶解于混合溶剂中，然后进行固液分离，固体部分经过干燥，得到回收的碳纤维；液体部分经过蒸馏使混合溶剂蒸发，而得到树脂基质；
所述的混合溶剂为甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、异丙醇、丁醇、异丁醇和苯乙酮中的一种或几种的混合物；
回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的过程具体是通过回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的装置完成的；
所述的回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的装置，如图1所示，具体是由混合溶剂储罐1、脉动泵2、第一离心泵3、第一承接箱4、第一传送带5、溶解槽6、干燥箱7、换热器8、风机9、第二承接箱10、第二传送带11、料框12、蒸发器13、托盘14、空气压缩机15、浆体储罐16、第二离心泵17、板框压滤机18、第一伸缩管19、第二伸缩管20和控制器组成；
所述的料框12的上端面开口，侧壁和底端均匀布置有通孔；
所述的混合溶剂储罐1的出口与脉动泵2的入口连通，且混合溶剂储罐1设置在脉动泵2的上方，脉动泵2的出口与溶解槽6的入口相连，溶解槽6的内部底端水平设置有第一传送带5，在第一传送带5的一端设置有托盘14，托盘14的下端面与第一伸缩管19的一端固定，第一伸缩管19的另一端与溶解槽6的底端固定，托盘14与第一传送带5为滑动连接，在溶解槽6的上端面外壁的两端分别固定有第一承接箱4和第二承接箱10，第一承接箱4在托盘14的正上方，第二承接箱10在第一传送带5远离托盘14的一端的正上方，所述的第二承接箱10的上端面设置第一密封门10-1，第二承接箱10的下端面设置第二密封门10-2，第二密封门10-2的下端面与溶解槽6的内部连通，第一密封门10-1的上端面与第二承接箱10的外部连通；干燥箱7设置在溶解槽6的正上方，干燥箱7的内部底部水平设置有第二传送带11的一部分，第二传送带11的另一部分设置在干燥箱7的外部，干燥箱7的两个相对的侧壁上分别设置有第三密封门7-1和第四密封门7-2，且第三密封门7-1和第四密封门7-2的下沿均与第二传送带11的上表面处于同一水平线，第四密封门7-2设置在干燥箱7的外部的第二传送带11所在的一侧；第一承接箱4的内部底面设置第五密封门4-1，第五密封门4-1的下端面与溶解槽6的内部连通，第一承接箱4的一个侧壁的外壁与干燥箱7的第三密封门7-1所在侧壁的外壁固定，第三密封门7-1的外壁与第一承接箱4的内部连通，第一承接箱4的与第三密封门7-1相对的侧壁内壁上水平设置第二伸缩管20，第二伸缩管20与第三密封门7-1的半高处等高；干燥箱7的底部的出液口与第一离心泵3的入口连通，第一离心泵3的出口与混合溶剂储罐1的入口连通，干燥箱7的上端面的出风口与换热器8的第一入口8-1相连，换热器8的第一出口8-2与风机9的入风口相连，换热器8的第一入口8-1与第一出口8-2连通，风机9的出风口与干燥箱7的上端面的入风口相连；
溶解槽6的出口与蒸发器13的入口连通，蒸发器13的顶端的出气口与换热器8的第二入口8-3相连，换热器8的第二出口8-4与混合溶剂储罐1的入口连通，换热器8的第二入口8-3与第二出口8-4相连，且换热器8的第二入口8-3和第二出口8-4形成的管路与第一入口8-1和第一出口8-2形成的管路互相独立；蒸发器13的底部的出口与浆体储罐16的入料口相连，空气压缩机15的出风口与浆体储罐16的入风口相连，浆体储罐16的出料口与板框压滤机18的入料口相连，板框压滤机18的出口与第二离心泵17的入口连通，第二离心泵17的出口与蒸发器13的入口连通。
所述的控制器的信号输出端分别与第一伸缩管19、第二伸缩管20、第一传送带5、第二传送带11、第一密封门10-1、第二密封门10-2、第三密封门7-1、第四密封门7-2和第五密封门4-1的信号输入端连接(图1中并未画出控制器，连接方式均为常规方式)。
本实施方式的回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的装置的使用方法和工作原理：向混合溶剂储罐1中加入混合溶剂(甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、异丙醇、丁醇、异丁醇和苯乙酮的一种或几种的混合物)，向料框12中加入未交联的碳纤维/树脂复合材料的边角废料，通过控制器打开第一密封门10-1，关闭其余的密封门，将料框12放入到第二承接箱10中，通过控制器关闭第一密封门10-1，打开第二密封门10-2，料框12落入溶解槽6内的第一传送带5上，通过控制器启动第一传送带5，同时启动脉动泵2将混合溶剂储罐1中的混合溶剂脉动鼓入到溶解槽6内，料框12的移动方向与混合溶剂的鼓入方向相对，料框12中的复合材料与混合溶剂充分接触，料框12移动到溶解槽6的托盘14上端面时，树脂已经全部从碳纤维上溶解到混合溶剂中，料框12中的碳纤维附着有少量的混合溶剂；启动风机9向干燥箱7中鼓入空气，干燥箱7中的空气通过第一入口8-1进入到换热器8中形成循环风；溶解槽6内的混合溶剂以及所溶解的聚合物基质进入到蒸发器13中进行蒸发，混合溶剂气化后从第二入口8-3转移至换热器8中和换热器另一管路中的温度较低的气体交换热量后被液化通过第二出口8-4流回到混合溶剂储罐1中，另一管路中的温度较低的气体通过交换热量后变为高温的气体通过第一出口8-2和风机9再进入到干燥箱7中；蒸发器13中得到树脂浆料，然后输送到浆体储罐16中，在空气压缩机15的作用下压送到板框压滤机18中，滤掉残余的混合液(树脂在混合溶剂中的饱和溶液)得到纯品树脂材料21；另外少量的混合溶剂随着树脂浆料进入到浆体储罐16中，经过板框压滤机18和第二离心泵17的作用以饱和溶液的状态回到蒸发器13中重新处理，混合溶剂在整个体系内封闭使用，不与外界发生物质交换，不会产生二次污染和原料的浪费；
同时通过控制器打开第五密封门4-1，通过控制器启动第一伸缩管19将托盘14以及料框12竖直举起进入到第一承接箱4中至料框12与第三密封门7-1等高，通过控制器打开第三密封门7-1，通过控制器启动第二伸缩管20向第三密封门7-1水平伸展将料框12推送到干燥箱7的第二传送带11上，通过控制器关闭第三密封门7-1，启动风机9向干燥箱7中鼓入空气，空气的鼓入方向与料框12的移动方向相对，料框12与逆向吹过来的热空气作用下使附有少量混合溶剂的碳纤维干燥完毕，通过控制器打开第四密封门7-2，从料框12中取出纯净的碳纤维材料；少量混合溶剂随着料槽12中的碳纤维进入到干燥器7中，经过气体吹送后，流出干燥器7，经过第一离心泵3回到混合溶剂储罐1中。
本体系的热源只从蒸发器13中引入，蒸发器13的加热器首先提供蒸发器13中混合溶剂的气化，气体到达换热器8中液化，其潜热完成了干燥空气的升温，冷凝后得到的高温混合溶剂回到混合溶剂储罐1中，保证混合溶剂储罐1中保持在较高温度，高温的混合溶剂经过脉动泵2的作用，进入溶解槽6内时，树脂从碳纤维上溶解下来的过程的温度处于70℃，利用混合溶剂对树脂的加热溶解。对所有设备外部及管道加装保温材料，减小对环境释放热量，所有的热量都在体系内部综合利用，用蒸发器13中补充的热量，仅用于补充体系的保温不良而损失的热量。
为了减少混合溶剂的损失和对工作环境的影响，在把料框12放入溶解槽6和取出时，设计了具有密封门的第一承接箱4和第二承接箱10，保证混合溶剂不对外泄露。另外在干燥器7的两侧各设计一个密封门7-1和7-2，减少干燥器7内的少量溶剂和气体弥漫到空气中。
本实施方式根据该碳纤维复合材料的特点，在未交联的阶段，可以通过选择有机混合溶剂，溶剂的极性与包覆在碳纤维的树脂的极性相近，从而对树脂进行溶胀和溶解，使碳纤维从复合材料的树脂中分离出来，并通过回收溶剂的方法，将粘附的树脂回收加以重复使用。在上述原理基础之上，根据分离特点设计了一套完整的分离装置，做到了碳纤维材料和树脂的完全回收，混合溶剂在装置中反复使用，减少了物质损失和环境污染；热能在装置内部合理分配，减小了能耗，一套加热源完成内部各部的温度需要，节能并且不会产生二次污染。
本实施方式的有益效果是：本实施方式的方法能够将碳纤维和树脂全部回收，回收率达到100％，混合溶剂在体系内部重复使用，不会产生二次污染。碳纤维/树脂复合材料加入料框12后，在装置中完成分离过程，直接得到两种分离产物。一套加热源源，利用内部的换热和混合实现各个工段的温度需求，满足节能要求。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的料框12为长方体结构。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的料框12为圆柱体结构。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的料框12为六面体结构。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述的料框12为八面体结构。其他与具体实施方式四相同。
用以下试验对本发明进行验证：
试验一：本试验为一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法，具体是按以下步骤进行的：将未交联的碳纤维/树脂复合材料的边角废料溶解于混合溶剂中使树脂基质溶解于混合溶剂中，然后进行固液分离，固体部分经过干燥，得到回收的碳纤维；液体部分经过蒸馏使混合溶剂蒸发，而得到树脂基质；
所述的混合溶剂为丁酮；
回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的过程具体是通过回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的装置完成的；
所述的回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的装置，如图1所示，具体是由混合溶剂储罐1、脉动泵2、第一离心泵3、第一承接箱4、第一传送带5、溶解槽6、干燥箱7、换热器8、风机9、第二承接箱10、第二传送带11、料框12、蒸发器13、托盘14、空气压缩机15、浆体储罐16、第二离心泵17、板框压滤机18、第一伸缩管19、第二伸缩管20和控制器组成；
所述的料框12的上端面开口，侧壁和底端均匀布置有通孔；
所述的混合溶剂储罐1的出口与脉动泵2的入口连通，且混合溶剂储罐1设置在脉动泵2的上方，脉动泵2的出口与溶解槽6的入口相连，溶解槽6的内部底端水平设置有第一传送带5，在第一传送带5的一端设置有托盘14，托盘14的下端面与第一伸缩管19的一端固定，第一伸缩管19的另一端与溶解槽6的底端固定，托盘14与第一传送带5为滑动连接，在溶解槽6的上端面外壁的两端分别固定有第一承接箱4和第二承接箱10，第一承接箱4在托盘14的正上方，第二承接箱10在第一传送带5远离托盘14的一端的正上方，所述的第二承接箱10的上端面设置第一密封门10-1，第二承接箱10的下端面设置第二密封门10-2，第二密封门10-2的下端面与溶解槽6的内部连通，第一密封门10-1的上端面与第二承接箱10的外部连通；干燥箱7设置在溶解槽6的正上方，干燥箱7的内部底部水平设置有第二传送带11的一部分，第二传送带11的另一部分设置在干燥箱7的外部，干燥箱7的两个相对的侧壁上分别设置有第三密封门7-1和第四密封门7-2，且第三密封门7-1和第四密封门7-2的下沿均与第二传送带11的上表面处于同一水平线，第四密封门7-2设置在干燥箱7的外部的第二传送带11所在的一侧；第一承接箱4的内部底面设置第五密封门4-1，第五密封门4-1的下端面与溶解槽6的内部连通，第一承接箱4的一个侧壁的外壁与干燥箱7的第三密封门7-1所在侧壁的外壁固定，第三密封门7-1的外壁与第一承接箱4的内部连通，第一承接箱4的与第三密封门7-1相对的侧壁内壁上水平设置第二伸缩管20，第二伸缩管20与第三密封门7-1的半高处等高；干燥箱7的底部的出液口与第一离心泵3的入口连通，第一离心泵3的出口与混合溶剂储罐1的入口连通，干燥箱7的上端面的出风口与换热器8的第一入口8-1相连，换热器8的第一出口8-2与风机9的入风口相连，换热器8的第一入口8-1与第一出口8-2连通，风机9的出风口与干燥箱7的上端面的入风口相连；
溶解槽6的出口与蒸发器13的入口连通，蒸发器13的顶端的出气口与换热器8的第二入口8-3相连，换热器8的第二出口8-4与混合溶剂储罐1的入口连通，换热器8的第二入口8-3与第二出口8-4相连，且换热器8的第二入口8-3和第二出口8-4形成的管路与第一入口8-1和第一出口8-2形成的管路互相独立；蒸发器13的底部的出口与浆体储罐16的入料口相连，空气压缩机15的出风口与浆体储罐16的入风口相连，浆体储罐16的出料口与板框压滤机18的入料口相连，板框压滤机18的出口与第二离心泵17的入口连通，第二离心泵17的出口与蒸发器13的入口连通。
所述的控制器的信号输出端分别与第一伸缩管19、第二伸缩管20、第一传送带5、第二传送带11、第一密封门10-1、第二密封门10-2、第三密封门7-1、第四密封门7-2和第五密封门4-1的信号输入端连接(图1中并未画出控制器，连接方式均为常规方式)。
本试验的回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的装置的使用方法和工作原理：向混合溶剂储罐1中加入混合溶剂，向料框12中加入未交联的碳纤维/树脂复合材料的边角废料，通过控制器打开第一密封门10-1，关闭其余的密封门，将料框12放入到第二承接箱10中，通过控制器关闭第一密封门10-1，打开第二密封门10-2，料框12落入溶解槽6内的第一传送带5上，通过控制器启动第一传送带5，同时启动脉动泵2将混合溶剂储罐1中的混合溶剂脉动鼓入到溶解槽6内，料框12的移动方向与混合溶剂的鼓入方向相对，料框12中的复合材料与混合溶剂充分接触，料框12移动到溶解槽6的托盘14上端面时，树脂已经全部从碳纤维上溶解到混合溶剂中，料框12中的碳纤维附着有少量的混合溶剂；启动风机9向干燥箱7中鼓入空气，干燥箱7中的空气通过第一入口8-1进入到换热器8中形成循环风；溶解槽6内的混合溶剂进入到蒸发器13中进行蒸发，混合溶剂气化后从第二入口8-3转移至换热器8中和换热器另一管路中的温度较低的气体交换热量后被液化通过第二出口8-4流回到混合溶剂储罐1中，另一管路中的温度较低的气体通过交换热量后变为高温的气体通过第一出口8-2和风机9再进入到干燥箱7中；蒸发器13中得到树脂浆料，然后输送到浆体储罐16中，在空气压缩机15的作用下压送到板框压滤机18中，滤掉残余的混合液(树脂在混合溶剂中的饱和溶液)得到纯品树脂材料21；另外少量的混合溶剂随着树脂浆料进入到浆体储罐16中，经过板框压滤机18和第二离心泵17的作用以饱和溶液的状态回到蒸发器13中重新处理，混合溶剂在整个体系内封闭使用，不与外界发生物质交换，不会产生二次污染和原料的浪费；
同时通过控制器打开第五密封门4-1，通过控制器启动第一伸缩管19将托盘14以及料框12竖直举起进入到第一承接箱4中至料框12与第三密封门7-1等高，通过控制器打开第三密封门7-1，通过控制器启动第二伸缩管20向第三密封门7-1水平伸展将料框12推送到干燥箱7的第二传送带11上，通过控制器关闭第三密封门7-1，启动风机9向干燥箱7中鼓入空气，空气的鼓入方向与料框12的移动方向相对，料框12与逆向吹过来的热空气作用下使附有少量混合溶剂的碳纤维干燥完毕，通过控制器打开第四密封门7-2，从料框12中取出纯净的碳纤维材料；少量混合溶剂随着料槽12中的碳纤维进入到干燥器7中，经过气体吹送后，流出干燥器7，经过第一离心泵3回到混合溶剂储罐1中。
本体系的热源只从蒸发器13中引入，蒸发器13的加热器首先提供蒸发器13中混合溶剂的气化，气体到达换热器8中液化，其潜热完成了干燥空气的升温，冷凝后得到的高温混合溶剂回到混合溶剂储罐1中，保证混合溶剂储罐1中保持在较高温度，高温的混合溶剂经过脉动泵2的作用，进入溶解槽6内时，树脂从碳纤维上溶解下来的过程的温度处于70℃，利用混合溶剂对树脂的加热溶解。对所有设备外部及管道加装保温材料，减小对环境释放热量，所有的热量都在体系内部综合利用，用蒸发器13中补充的热量，仅用于补充体系的保温不良而损失的热量。
为了减少混合溶剂的损失和对工作环境的影响，在把料框12放入溶解槽6和取出时，设计了具有密封门的第一承接箱4和第二承接箱10，保证混合溶剂不对外泄露。另外在干燥器7的两侧各设计一个密封门7-1和7-2，减少干燥器7内的少量溶剂和气体弥漫到空气中。
本试验根据该碳纤维复合材料的特点，在未交联的阶段，可以通过选择有机混合溶剂，溶剂的极性与包覆在碳纤维的树脂的极性相近，从而对树脂进行溶胀和溶解，使碳纤维从复合材料的树脂中分离出来，并通过回收溶剂的方法，将粘附的树脂回收加以重复使用。在上述原理基础之上，根据分离特点设计了一套完整的分离装置，做到了碳纤维材料和树脂的完全回收，混合溶剂在装置中反复使用，减少了物质损失和环境污染；热能在装置内部合理分配，减小了能耗，一套加热源完成内部各部的温度需要，节能并且不会产生二次污染。
本试验的有益效果是：本试验的方法能够将碳纤维和树脂全部回收，回收率达到100％，混合溶剂在体系内部重复使用，不会产生二次污染。碳纤维/树脂复合材料加入料框12后，在装置中完成分离过程，直接得到两种分离产物。一套加热源源，利用内部的换热和混合实现各个工段的温度需求，满足节能要求。
图2为试验一中回收的碳纤维的SEM图，从图中可以看出碳纤维表面的聚合物基质分离干净，无异物。
对试验一中回收的碳纤维进行拉伸测试，其断裂伸长率可以达到2500兆帕(见图3)；保持了碳纤维原有的强度性质。
图4为试验一中从板框压滤机18中回收的树脂21的红外图谱，从图中可以看出其是一个具有苯环，双键和羟基的低聚物。

Claims (5)

1.一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法，其特征在于回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法是按以下步骤进行的：
将未交联的碳纤维/树脂复合材料的边角废料浸没于溶剂中使树脂基质溶解于溶剂中，然后进行固液分离，固体部分经过干燥，得到回收的碳纤维；液体部分经过蒸馏使溶剂蒸发，而得到树脂基质；
所述的溶剂为甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、异丙醇、丁醇、异丁醇和苯乙酮中的一种或几种的混合物；
回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的过程具体是通过回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的装置完成的；
所述的回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的装置是由混合溶剂储罐(1)、脉动泵(2)、第一离心泵(3)、第一承接箱(4)、第一传送带(5)、溶解槽(6)、干燥箱(7)、换热器(8)、风机(9)、第二承接箱(10)、第二传送带(11)、料框(12)、蒸发器(13)、托盘(14)、空气压缩机(15)、浆体储罐(16)、第二离心泵(17)、板框压滤机(18)、第一伸缩管(19)、第二伸缩管(20)和控制器组成；
所述的料框(12)的上端面开口，侧壁和底端均匀布置有通孔；
所述的混合溶剂储罐(1)的出口与脉动泵(2)的入口连通，且混合溶剂储罐(1)设置在脉动泵(2)的上方，脉动泵(2)的出口与溶解槽(6)的入口相连，溶解槽(6)的内部底端水平设置有第一传送带(5)，在第一传送带(5)的一端设置有托盘(14)，托盘(14)的下端面与第一伸缩管(19)的一端固定，第一伸缩管(19)的另一端与溶解槽(6)的底端固定，托盘(14)与第一传送带(5)为滑动连接，在溶解槽(6)的上端面外壁的两端分别固定有第一承接箱(4)和第二承接箱(10)，第一承接箱(4)在托盘(14)的正上方，第二承接箱(10)在第一传送带(5)远离托盘(14)的一端的正上方，所述的第二承接箱(10)的上端面设置第一密封门(10-1)，第二承接箱(10)的下端面设置第二密封门(10-2)，第二密封门(10-2)的下端面与溶解槽(6)的内部连通，第一密封门(10-1)的上端面与第二承接箱(10)的外部连通；干燥箱(7)设置在溶解槽(6)的正上方，干燥箱(7)的内部底部水平设置有第二传送带(11)的一部分，第二传送带(11)的另一部分设置在干燥箱(7)的外部，干燥箱(7)的两个相对的侧壁上分别设置有第三密封门(7-1)和第四密封门(7-2)，且第三密封门(7-1)和第四密封门(7-2)的下沿均与第二传送带(11)的上表面处于同一水平线，第四密封门(7-2)设置在干燥箱(7)的外部的第二传送带(11)所在的一侧；第一承接箱(4)的内部底面设置第五密封门(4-1)，第五密封门(4-1)的下端面与溶解槽(6)的内部连通，第一承接箱(4)的一个侧壁的外壁与干燥箱(7)的第三密封门(7-1)所在侧壁的外壁固定，第三密封门(7-1)的外壁与第一承接箱(4)的内部连通，第一承接箱(4)的与第三密封门(7-1)相对的侧壁内壁上水平设置第二伸缩管(20)，第二伸缩管(20)与第三密封门(7-1)的半高处等高；干燥箱(7)的底部的出液口与第一离心泵(3)的入口连通，第一离心泵(3)的出口与混合溶剂储罐(1)的入口连通，干燥箱(7)的上端面的出风口与换热器(8)的第一入口(8-1)相连，换热器(8)的第一出口(8-2)与风机(9)的入风口相连，换热器(8)的第一入口(8-1)与第一出口(8-2)连通，风机(9)的出风口与干燥箱(7)的上端面的入风口相连；
溶解槽(6)的出口与蒸发器(13)的入口连通，蒸发器(13)的顶端的出气口与换热器(8)的第二入口(8-3)相连，换热器(8)的第二出口(8-4)与混合溶剂储罐(1)的入口连通，换热器(8)的第二入口(8-3)与第二出口(8-4)相连，且换热器(8)的第二入口(8-3)和第二出口(8-4)形成的管路与第一入口(8-1)和第一出口(8-2)形成的管路互相独立；蒸发器(13)的底部的出口与浆体储罐(16)的入料口相连，空气压缩机(15)的出风口与浆体储罐(16)的入风口相连，浆体储罐(16)的出料口与板框压滤机(18)的入料口相连，板框压滤机(18)的出口与第二离心泵(17)的入口连通，第二离心泵(17)的出口与蒸发器(13)的入口连通；
所述的控制器的信号输出端分别与第一伸缩管(19)、第二伸缩管(20)、第一传送带(5)、第二传送带(11)、第一密封门(10-1)、第二密封门(10-2)、第三密封门(7-1)、第四密封门(7-2)和第五密封门(4-1)的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法，其特征在于所述的料框(12)为长方体结构。
3.根据权利要求1所述的一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法，其特征在于所述的料框(12)为圆柱体结构。
4.根据权利要求1所述的一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法，其特征在于所述的料框(12)为六面体结构。
5.根据权利要求1所述的一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法，其特征在于所述的料框(12)为八面体结构。
CN201811058111.2A 2018-09-11 2018-09-11 一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法 Active CN109265736B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811058111.2A CN109265736B (zh) 2018-09-11 2018-09-11 一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811058111.2A CN109265736B (zh) 2018-09-11 2018-09-11 一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109265736A CN109265736A (zh) 2019-01-25
CN109265736B true CN109265736B (zh) 2021-02-02

Family

ID=65188433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811058111.2A Active CN109265736B (zh) 2018-09-11 2018-09-11 一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109265736B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111218028A (zh) * 2020-01-21 2020-06-02 汉江师范学院 一种玻璃纤维增强塑料的脱聚合回收方法及反应系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008013614A (ja) * 2006-07-04 2008-01-24 Aasu Recycle Kk 強化繊維の分離方法
CN103101127A (zh) * 2011-11-14 2013-05-15 波音公司 层压材料回收的方法和系统
CN106750064A (zh) * 2016-11-11 2017-05-31 西安交通大学 一种室温下可再生酚醛树脂的制备方法及其回收工艺和应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014179939A1 (en) * 2013-05-08 2014-11-13 East China University Of Science And Technology Methods for recovering carbon fiber from carbon-fiber-reinforced polymer (cfrp) composites

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008013614A (ja) * 2006-07-04 2008-01-24 Aasu Recycle Kk 強化繊維の分離方法
CN103101127A (zh) * 2011-11-14 2013-05-15 波音公司 层压材料回收的方法和系统
CN106750064A (zh) * 2016-11-11 2017-05-31 西安交通大学 一种室温下可再生酚醛树脂的制备方法及其回收工艺和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN109265736A (zh) 2019-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103693839B (zh) 污泥处理方法及其处理系统
KR101270936B1 (ko) 이중 건조 시스템 및 이중 배가스 처리 시스템을 이용한 생활폐기물 및 매립폐기물의 고형연료 제조방법
CN103480637B (zh) 一种处理生活垃圾的工艺方法
CN104975378A (zh) 含纤维树脂的处理装置和处理方法
CN109265736B (zh) 一种回收废碳纤维/树脂复合材料中的碳纤维和树脂的方法
KR20210005887A (ko) 에너지 균형이 개선된 복합 재료의 재활용 방법
KR102322943B1 (ko) 가연성 폐기물을 소각처리하여 유류 에너지를 생산하기 위한 설비
CN113915967A (zh) 潮湿废物桶内干燥站及干燥方法
CN100518969C (zh) 一种低温真空热解废印刷线路板预处理方法
CN107345000A (zh) 纤维增强复合材料的回收方法
CN110000189A (zh) 一种纤维增强有机复合材料废弃物高效资源化回收装备
CN105783463A (zh) 一种干燥滚筒装置
CN201449974U (zh) 一种废旧灯管回收成套装置
CN103130670B (zh) 合成革dmf回收残渣处理工艺及系统
CN204281524U (zh) 污泥处理系统
KR101701989B1 (ko) 선박 폐기물을 이용한 재생연료 제조방법 및 제조장치
CN104177868A (zh) 一种连续炭黑生产系统及加工工艺
GB2475951A (en) Method and apparatus for processing waste
TWM635011U (zh) 碳纖維回收裝置
CN203187502U (zh) 撬装式污泥热解制取三相燃料产物的系统
KR200385152Y1 (ko) 폐합성수지 재생 유류 추출장치
CN206051929U (zh) 一种升温均匀快速的环保型炭化炉
CN219274038U (zh) 废弃物处理系统
CN204125414U (zh) 一种连续炭黑生产系统
CN105482154A (zh) 基于感应发热效应从碳纤维增强高分子材料中回收碳纤维的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant