CN110028698A - 碳纤维回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明有关于一种碳纤维回收方法，即运用微波而从碳纤维高分子复合材料中回收碳纤维的碳纤维回收方法。本发明包括一提供复合材料步骤、一低氧步骤、一微波处理步骤、一置换气体步骤及一回收碳纤维步骤；藉由微波辐射于碳纤维高分子复合材料，使碳纤维能够快速吸收微波能量达到温度急遽上升，有效快速裂解并去除大部分碳纤维高分子复合材料的高分子基材，确实达到回收碳纤维目的。
Description
技术领域
本发明有关于一种碳纤维的回收方法，尤其是指运用微波而从碳纤维高分子复合材料中回收碳纤维的碳纤维回收方法。
背景技术
按，今日碳纤维高分子复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic，CFRP)被广泛应用于航天飞机、高尔夫球杆、网球拍、汽车、风力发电，以及医疗器械等工业领域，此乃因为碳纤维高分子复合材料具有的高强度、高弹性模量，以及优异的耐热性与抗腐蚀性所致；在生产制造阶段所产生的边角料或是使用寿命结束时的报废产品的碳纤维高分子复合材料等废弃料都存在处理的问题，其中碳纤维高分子复合材料使用燃烧的方式只能烧去树脂，碳纤维仍然作为残渣残留，故碳纤维高分子复合材料的废弃物通常做为不可燃固体废物并透过填埋方式处理，而填埋方式既造成土地资源的浪费，亦会造成周边环境的恶化，此外，碳纤维高分子复合材料内部含有高价值的碳纤维，使用填埋方式无疑会碳纤维资源的巨大浪费。
现行技术中已有许多方法用以解决上述的问题，主要对碳纤维高分子复合材料中的高分子进行分解，使其中的碳纤维被分离出来而达到碳纤维回收的目的，其中高分子分解的方法主要包括有热分解、无机强酸分解、有机溶剂分解，以及超临界流体分解等；虽然有机溶剂分解后可得到干净的碳纤维，但是回收过程中必须使用大量的有机溶剂，将会对环境造成污染，且使用后的溶剂分离操作过程复杂，导致回收成本较高；超临界流体处理方法虽然具有清洁无污染的特点，但是必须在高温高压的反应条件下进行，对反应设备的要求较高，且降解后的产物与流体混合在一起而不易分离。
现行技术中最具有工业化可行性的即是以热分解处理废弃的碳纤维高分子复合材料，热分解方法为将废弃的碳纤维高分子复合材料置于热空气中分解，此方法对于处理掺杂有金属等异质碳纤维高分子复合材料效果较好，并且能够连续操作，但是反应得到的碳纤维因氧化反应严重，且因在反应器或分离器中强烈撞击，而使力学性能不足；因此，如何有效藉由创新的方法以节省时间、有效率且符合节能环保的当代需求来回收碳纤维，仍是碳纤维回收等相关产业开发业者与相关研究人员需持续努力克服与解决的课题。
发明内容
本发明主要目的为提供一种碳纤维回收方法，主要藉由微波辐射于碳纤维高分子复合材料中的碳纤维，使碳纤维能够快速吸收微波能量达到温度急遽上升的目的，有效快速裂解并去除大部分碳纤维高分子复合材料的高分子基材，确实达到回收碳纤维目的。
为了达到上述的实施目的，本发明人提出一种碳纤维回收方法，适用于从一碳纤维高分子复合材料中回收一第一碳纤维，该碳纤维高分子复合材料包含一高分子基材及该第一碳纤维，该高分子基材与该第一碳纤维结合，该第一碳纤维包括有一第一碳纤维长轴方向，该碳纤维回收方法包括下列依序步骤：
一提供复合材料步骤：准备该碳纤维高分子复合材料；
一微波处理步骤：使该碳纤维高分子复合材料暴露于一第一微波中；其中，该第一微波具有一第一微波方向，该第一微波包括一第一电场，该第一电场具有一第一电场方向，该第一微波方向与该第一电场方向彼此互相垂直。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该第一碳纤维长轴方向与该第一微波方向呈垂直
如上所述的碳纤维回收方法，其中该第一碳纤维长轴方向与该第一电场方向呈平行。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该碳纤维回收方法更可包含一低氧步骤，该低氧步骤介于该提供复合材料步骤及该微波处理步骤之间，该低氧步骤使该碳纤维高分子复合材料处于一第一气体气氛中，该第一气体气氛具有一第一氧气浓度。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该碳纤维回收方法更可包含一置换气体步骤，该碳纤维高分子复合材料于该第一微波持续照射下，于该微波处理步骤的后接续进行该置换气体步骤；该置换气体步骤于该第一微波持续照射下，使该碳纤维高分子复合材料处于一第二气体气氛中，该第二气体气氛具有一第二氧气浓度，该第二氧气浓度高于该第一氧气浓度。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该碳纤维回收方法更可包含一回收碳纤维步骤，该回收碳纤维步骤接续于该置换气体步骤之后；该回收碳纤维步骤为使该第一碳纤维不暴露于该第一微波中，并取得该第一碳纤维。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该第一氧气浓度低于或等于1ppm，该第二氧气浓度高于1ppm。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该第一微波的电功率密度介于200～2000kW/m3之间。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该提供复合材料步骤中，包含将该碳纤维高分子复合材料裁切后，依该第一碳纤维长轴方向顺向排列或堆叠集中，并使得该第一电场方向及该第一碳纤维长轴方向呈平行。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该第一微波传递至一腔体的内部，该碳纤维高分子复合材料置放于该腔体的内部，该碳纤维高分子复合材料与该腔体的体积比介于0.3～0.8之间。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该碳纤维高分子复合材料与该腔体的体积比介于0.35～0.5之间。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该微波处理步骤更包含使该碳纤维高分子复合材料暴露于一第二微波中；其中，该第二微波具有一第二微波方向，该第二微波包括一第二电场，该一第二电场具有一第二电场方向，第二微波方向与该第二电场方向彼此互相垂直；且，该第二电场方向与该第一电场方向呈垂直。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该第一微波传递至该腔体的内部，该碳纤维高分子复合材料置放于该腔体的内部，该腔体具有一腔体长轴方向，该第一电场方向与该腔体长轴方向呈一倾斜角，该倾斜角的角度大于0度且小于或等于90度。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该第一微波传递至该腔体的内部，该碳纤维高分子复合材料置放于该腔体的内部，该腔体为中空圆柱体。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该第一微波传递至该腔体的内部，该碳纤维高分子复合材料置放于该腔体的内部，该腔体呈一中空多角柱体。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该中空多角柱体的外周围由复数个外表面所构成，复数个该外表面其中两个该外表面分别为一第一外表面及一第二外表面，该第一外表面及该第二外表面彼此相邻；该中空多角柱体的内周围由复数个内表面所构成，复数个该内表面中具有与该第一外表面相对应的一第一内表面，复数个该内表面中具有与该第二外表面相对应的一第二内表面；该第一外表面及该第二外表面相夹呈一夹角，或者该第一内表面及该第二内表面相夹呈该夹角；该夹角的角度介于60度至160度之间。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该夹角的角度介于90度至150度之间。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该夹角的角度介于120度至144度之间。
如上所述的碳纤维回收方法，其中该夹角的角度为120度。
附图说明
图1：本发明碳纤维回收方法第一实施例的整体装置示意图。
图2：本发明碳纤维回收方法第一实施例的微波供给单元与腔体设置剖面图。
图3：本发明碳纤维回收方法第一实施例的微波供给单元与腔体设置立体示意图。
图4：本发明碳纤维回收方法第一实施例的微波行进方向示意图。
图5：本发明碳纤维回收方法第一实施例的步骤流程图
图6：本发明碳纤维回收方法第二实施例的微波供给单元与腔体设置立体示意图。
图7：本发明碳纤维回收方法第二实施例的微波行进方向示意图。
图8：本发明碳纤维回收方法第三实施例的微波供给单元与腔体设置立体示意图。
图9：本发明碳纤维回收方法第三实施例的微波行进方向示意图。
图10：本发明碳纤维回收方法第四实施例的微波供给单元与腔体设置立体示意图。
图11：本发明碳纤维回收方法第四实施例的微波行进方向示意图。
图12：本发明碳纤维回收方法第五实施例的微波供给单元与腔体设置立体示意图。
图13：本发明碳纤维回收方法第六实施例的微波供给单元与腔体设置立体示意图。
图号说明：
1碳纤维回收装置
11第一微波供给单元
111第一微波源
112第一导波管
12腔体
121第一侧壁孔洞
122第二侧壁孔洞
13第二微波供给单元
131第二微波源
132第二导波管
2碳纤维高分子复合材料
21第一碳纤维
22第二碳纤维
24高分子基材
3冷凝装置
E1第一电场
E11第一电场方向
E2第二电场
E21第二电场方向
F1第一磁场
F11第一磁场方向
F2第二磁场
F21第二磁场方向
H外表面
H1第一外表面
H2第二外表面
M1第一微波
M11第一微波方向
M2第二微波
M21第二微波方向
P01提供复合材料步骤
P02低氧步骤
P03微波处理步骤
P04置换气体步骤
P05回收碳纤维步骤
S容置空间
S1管体容置空间
X第一碳纤维长轴方向
XA腔体长轴方向
Y第二碳纤维长轴方向
θ1倾斜角
θ2夹角。
具体实施方式
首先，请参阅图1至图5所示，本发明第一实施例的碳纤维回收方法适用于从一碳纤维高分子复合材料2中回收一第一碳纤维21，该碳纤维高分子复合材料2包含一高分子基材24(polymer matrix)及该第一碳纤维21，该高分子基材24与该第一碳纤维21结合，该第一碳纤维21包括有一第一碳纤维长轴方向X，该第一碳纤维长轴方向X为该第一碳纤维21的延伸方向。较佳地，该高分子基材24包覆该第一碳纤维21并与该第一碳纤维21结合。较佳地，该碳纤维高分子复合材料2包含该高分子基材24及复数个该第一碳纤维21，复数个该第一碳纤维21依循该第一碳纤维长轴方向X呈平行排列。该高分子基材24可以为热固性树脂、室温硬化树脂或热塑性塑料，热固性树脂例如为不饱和聚酯(Unsaturated PolyesterResin)和环氧树脂(Epoxy Resin)。
本发明的碳纤维回收方法可运用一碳纤维回收装置1进行该第一碳纤维21的回收，该碳纤维回收装置1至少包括有：一第一微波供给单元11及一腔体12；其中，该第一微波供给单元11包括有一第一微波源111及一第一导波管112，该第一导波管112的一端与该第一微波源111连结，该第一导波管112的另一端与该腔体12连结。该第一微波供给单元11能够生成一第一微波M1，于实施时该第一微波源111能够生成该第一微波M1，该第一微波M1经由该第一导波管112从该第一微波源111传递至该腔体12的内部。该第一微波M1包括一第一电场E1及一第一磁场F1；该第一微波M1以一第一微波方向M11进入并朝向该腔体12的内部，该第一电场E1于该腔体12的内部具有一第一电场方向E11，该第一磁场F1于该腔体12的内部具有一第一磁场方向F11。依据弗莱明右手定律(Fleming’s Right-hand rule)及如图4所示，该第一微波方向M11、该第一电场方向E11及该第一磁场方向F11彼此互相垂直。
该腔体12的内部开设有一容置空间S，该碳纤维高分子复合材料2放置于该容置空间S。且该腔体12设置有一第一侧壁孔洞121供前述该第一导波管112的另一端连接，以传递该第一微波M1至该容置空间S。该腔体12由可反射微波的材质所制备而成，例如该腔体12由金属材质所制备而成的一金属腔体且该腔体12可呈密闭态样，藉由金属反射该第一微波M1使该第一微波M1于该容置空间S震荡而均匀地充满该腔体12；再者，藉由金属反射该第一微波M1并可防护位于该腔体12外部的操作者及其他设备。该腔体12的形状并无限制，例如该腔体12为中空圆柱体或中空多角柱体等其中的一种态样，该腔体12具有一腔体长轴方向XA，该腔体长轴方向XA即为该腔体12的延伸方向，如图4所示，该腔体长轴方向XA即为中空圆柱体的延伸方向。
本发明的碳纤维回收方法于实施时，包括下列步骤：
一提供复合材料步骤P01：准备该碳纤维高分子复合材料2；
一微波处理步骤P03：使该碳纤维高分子复合材料2暴露于该第一微波M1中。
本发明的碳纤维回收方法于运用前述该碳纤维回收装置1的实施方式中，将该碳纤维高分子复合材料2放置于该容置空间S，接着启动该第一微波源111以产生该第一微波M1，该第一微波M1经由该第一导波管112及该第一侧壁孔洞121传递至该容置空间S。以该第一微波M1辐照该碳纤维高分子复合材料2，使该碳纤维高分子复合材料2中的该第一碳纤维21能够吸收该第一微波M1的能量而使得该第一碳纤维21的温度上升并发热，造成与该第一碳纤维21接触的部分该高分子基材24因受热而裂解为复数个有机小分子，而其余部分的该高分子基材24也会因热传效应而受热并且导致裂解为该有机小分子。
特别的发现是，于摆放该碳纤维高分子复合材料2时，如果使得该第一碳纤维21的该第一碳纤维长轴方向X与该第一微波方向M11呈平行时，该第一碳纤维21对该第一微波M1的能量的吸收效果不佳，该第一碳纤维21的温度并无上升，该高分子基材24无法裂解为该有机小分子；如果使得该第一碳纤维21的该第一碳纤维长轴方向X与该第一微波方向M11呈垂直时，该第一碳纤维21对该第一微波M1的能量的吸收效果良好，该第一碳纤维21的温度明显上升，该高分子基材24会被裂解为该有机小分子。因此较佳地，于该微波处理步骤P03中，该第一碳纤维长轴方向X与该第一微波方向M11呈垂直。
更进一步地发现是，除了该第一碳纤维长轴方向X与该第一微波方向M11呈垂直，如果进一步地使得该第一碳纤维21的该第一碳纤维长轴方向X与该第一电场方向E11呈垂直时，该第一碳纤维21对该第一电场E1的能量的吸收效果不佳，该第一碳纤维21的温度并无明显上升，该高分子基材24无法裂解为该有机小分子；如果使得该第一碳纤维21的该第一碳纤维长轴方向X与该第一电场方向E11呈平行时，该第一碳纤维21对该第一电场E1的能量的吸收效果显著，该第一碳纤维21的温度显著上升，该高分子基材24快速且大量裂解为该有机小分子。因此更佳地，于该微波处理步骤P03中，该第一碳纤维长轴方向X与该第一电场方向E11呈平行，该第一电场E1的该第一电场方向E11的震荡方向平行于该第一碳纤维21的分量部分能够转换为热能，并热传结合于该第一碳纤维21的该高分子基材24，使该高分子基材24产生热裂解。该第一微波M1的电功率密度介于200～2000kW/m3之间为佳。
基于前述的发现，于该提供复合材料步骤P01中，包含将该碳纤维高分子复合材料2裁切后，依该第一碳纤维长轴方向X顺向排列或堆叠集中并送入该腔体12，使得该腔体长轴方向XA、该第一电场方向E11及该第一碳纤维长轴方向X呈平行态样，且该腔体长轴方向XA与该第一微波方向M11呈垂直，该第一碳纤维长轴方向X与该第一微波方向M11呈垂直。较佳地该碳纤维高分子复合材料2与该腔体12的体积比介于0.3～0.8之间，而最佳介于0.35～0.5之间。
前述该碳纤维回收方法更可包含一低氧步骤P02：使该碳纤维高分子复合材料2处于一第一气体气氛中，该第一气体气氛具有一第一氧气浓度，较佳地该第一氧气浓度低于或等于1ppm。例如，于完成该提供复合材料步骤P01之后，对该腔体12的内部原有的气体(例如空气)进行真空抽气或抽气置换并充入惰性气体及氧气，使该腔体12的内部充满该第一气体气氛。该低氧步骤P02于实施时的次序，可介于该提供复合材料步骤P01及该微波处理步骤P03之间。于该微波处理步骤P03时，该碳纤维高分子复合材料2暴露于该第一微波M1及该第一气体气氛中，由于该高分子基材24于该第一气体气氛的低氧气浓度(例如低于或等于1ppm)下被加热，因此大部分的该高分子基材24被热裂解为该有机小分子而无燃烧，因而该腔体12并不会有该有机小分子燃烧而导致过热的危险。
请参阅如下表1，准备一短纤维合板、一经纬编织合板及一顺向纤维合板以前述该碳纤维回收方法实施，量测于完成该低氧步骤P02后该高分子基材24的去除效率；该短纤维合板指该碳纤维高分子复合材料2中的该第一碳纤维21为短纤维样态且以在三度空间中各种不同杂乱的方向分布于该高分子基材24之中；该经纬编织合板指该碳纤维高分子复合材料2中的该第一碳纤维21为长纤维样态且以经向及纬向条数相同的方式垂直交织且被包覆于该高分子基材24之中；该顺向纤维合板指该碳纤维高分子复合材料2中的该第一碳纤维21为长纤维样态且仅以经向平行排列方式被包覆于该高分子基材24之中；需说明的是该短纤维合板、该经纬编织合板及该顺向纤维合板中的该第一碳纤维21的重量相同，且该高分子基材24的重量也相同，该碳纤维高分子复合材料2的重量亦相同。表一中该碳纤维回收方法的该第一微波M1的该第一微波M1的电功率密度为30kW/m3，该第一微波M1的作用时间为20分钟，第一氧气浓度0.9ppm，该高分子基材24为环氧树脂，该第一碳纤维21为聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)原料所制成。该碳纤维高分子复合材料2的重量为3000公克，该第一碳纤维21的重量为1890公克，该高分子基材24的重量1110公克。其中，该顺向纤维合板置放于该腔体12的内部时，使该第一电场方向E11与该第一碳纤维长轴方向X呈平行；该经纬编织合板置放于该腔体12的内部时，使该第一电场方向E11与呈经向排列的该第一碳纤维长轴方向X呈平行；该短纤维合板置放于该腔体12的内部时，随意放置而不考虑该第一电场方向E11与该第一碳纤维长轴方向的关系。
表1
于编号1的实施方式，因为该第一碳纤维21为短纤维样态且以在三度空间中各种不同杂乱的方向分布于该高分子基材24之中，因此该第一电场方向E11与该第一碳纤维长轴方向X仅有部分呈平行，该第一碳纤维21仅有部分吸收该第一电场E1的能量，该第一碳纤维21的温度上升速度较慢且温度不高，使得在该第一碳纤维21周围的该高分子基材24热裂解速度较慢，故于上述制程条件下去除该高分子基材24的比率仅有18％。于编号2的实施方式，因为该第一电场方向E11与一半的该第一碳纤维长轴方向X呈平行，因此该第一碳纤维21能够比编号1吸收更多的该第一电场E1的能量，因此该第一碳纤维21的温度上升速度比编号1来得快且温度也比编号1来得高，使得在该第一碳纤维21周围的该高分子基材24热裂解速度快，故于上述制程条件下去除该高分子基材24的比率能达26％。于编号3的实施方式，因为该第一电场方向E11与所有的该第一碳纤维长轴方向X呈平行，因此该第一碳纤维21能够完全吸收该第一电场E1的能量，因此该第一碳纤维21的温度上升速度比编号2快且温度也比编号2高，使得在该第一碳纤维21周围的该高分子基材24热裂解速度比编号2更快，故于上述制程条件下去除该高分子基材24的比率高达32％。
前述表一足以验证当该第一电场方向E11与该第一碳纤维长轴方向X呈平行时，该第一碳纤维21能够完全吸收该第一电场E1的能量，如编号3实验结果所示；与该第一电场方向E11与该第一碳纤维长轴方向X仅有部分呈平行的编号1结果相比较，编号3去除该高分子基材24的速率是编号1的1.78倍。因此相较于传统制程而言，本发明的该第一电场方向E11与该第一碳纤维长轴方向X呈平行的技术特征就能够提高对该高分子基材24的裂解效率，因此不仅可缩短从该碳纤维高分子复合材料2中回收该第一碳纤维21的时间，而且能够将该第一微波M1的该第一电场E1的能量完全吸收不浪费，符合节能环保的当代需求。
前述该有机小分子以抽气方式或气流流动方式从该腔体12的该容置空间S被传送至一冷凝装置3，该有机小分子被该冷凝装置3冷凝捕捉，以避免该有机小分子直接被排放至空气中而造成污染。
前述该碳纤维回收方法更可包含一置换气体步骤P04：于该第一微波M1持续照射下，使该碳纤维高分子复合材料2处于一第二气体气氛中，该第二气体气氛具有一第二氧气浓度，该第二氧气浓度高于该第一氧气浓度，例如该第二氧气浓度高于1ppm。前述依序进行该提供复合材料步骤P01、该低氧步骤P02及该微波处理步骤P03之后，该碳纤维高分子复合材料2于该第一微波M1持续照射下可接续进行该置换气体步骤P04。前述于该微波处理步骤P03时于该第一微波M1持续照射下，大部分的该高分子基材24被热裂解为该有机小分子而无燃烧；而于该置换气体步骤P04时，于该第一微波M1持续照射下，剩余的小部分的该高分子基材24持续被热裂解并形成焦炭而与该第一碳纤维21完全分离。
接续于该置换气体步骤P04之后，进行一回收碳纤维步骤P05：使该第一碳纤维21不暴露于该第一微波M1中，例如关闭该第一微波M1或以机械手臂将该第一碳纤维21移动离开该第一微波M1的作用范围，以取得该第一碳纤维21。由于大部分的该高分子基材24于该微波处理步骤P03时被热裂解为该有机小分子并被传送至该冷凝装置3以冷凝方式捕捉，而剩余的小部分的该高分子基材24于该置换气体步骤P04时形成焦炭而与该第一碳纤维21完全分离，因此该第一碳纤维21很容易分辨与取得，例如以空压机吹气使得焦炭被吹离该第一碳纤维21，从而回收得到高纯度、高性能的该第一碳纤维21，确实达到回收与原来外观形状、物性近乎相似的该第一碳纤维21。
另外，在没有额外加热该腔体12的实施态样下，前述该有机小分子易凝集于该腔体12的壁面，这会造成壁面被污染不易清洗。因此，该腔体12可进一步设置有一中空管体122于该容置空间S，该中空管体122的内部中空部分开设有一管体容置空间S1，而该碳纤维高分子复合材料2放置于该管体容置空间S1，其中该中空管体122由微波可穿透的材质所制备而成，该中空管体122为石英管、水晶管或玻璃管。藉以，该有机小分子凝集于该中空管体122的管壁，例如石英管的管壁，于清洗石英管的管壁时相对比清洗该腔体12的管壁更为容易且快速。甚至，可将单次操作后的该中空管体122直接以另一干净的该中空管体122替换，以加快制程速度。
上述第一实施例尤其适用于经向排列的复数个该第一碳纤维21与该高分子基材24所构成的该碳纤维高分子复合材料2，例如依经向彼此平行排列的复数个该第一碳纤维21与该高分子基材24所构成的呈织带状的该碳纤维高分子复合材料2，所述经向为该第一碳纤维长轴方向X。
请一并参阅图6与图7所示，为本发明第二实施例，该碳纤维回收装置1于前述第一实施例的基础上更包含一第二微波供给单元13，该第二微波供给单元13由一第二微波源131与一第二导波管132所组合而成。与该第一微波供给单元11类似地，该第二导波管132的一端与该第二微波源131连结，该第二导波管132的另一端与该腔体12的一第二侧壁孔洞122连结。该第二微波源131能够生成一第二微波M2，该第二微波M2经由该第二导波管132从该第二微波源131传递至该腔体12的该第二侧壁孔洞122及该容置空间S。该第二微波M2包括一第二电场E2及一第二磁场F2；该第二微波M2以一第二微波方向M21进入并朝向该腔体12的内部(该容置空间S)，该第二电场E2于该腔体12的该容置空间S具有一第二电场方向E21，该第二磁场F2于该腔体12的该容置空间S具有一第二磁场方向F21。如图7所示，该第二微波方向M21、该第二电场方向E21及该第二磁场方向F21彼此互相垂直。
基于前述第一实施例的基础上，本第二实施例中，该碳纤维高分子复合材料2更包含一第二碳纤维22，该第二碳纤维22包括有一第二碳纤维长轴方向Y，该第二碳纤维长轴方向Y为该第二碳纤维22的延伸方向。较佳地，该高分子基材24包覆该第二碳纤维22并与该第二碳纤维22结合。较佳地，该碳纤维高分子复合材料2包含该高分子基材24及复数个该第二碳纤维22，复数个该第二碳纤维22依循该第二碳纤维长轴方向Y呈平行排列。
与第一实施例类似地，于本第二实施例中不再赘述，该第二碳纤维22的该第二碳纤维长轴方向Y与该第二微波方向M21呈垂直，该第二碳纤维22的该第二碳纤维长轴方向Y与该第二电场方向E21呈平行。
该腔体长轴方向XA与该第二电场方向E21呈垂直，以及该腔体长轴方向XA与该第二碳纤维长轴方向Y呈垂直且该腔体长轴方向XA与该第二微波方向M21呈垂直。
该第二电场方向E21与该第一电场方向E11呈垂直。
上述第二实施例尤其适用于纬向排列的复数个该第二碳纤维22与该高分子基材24所构成的该碳纤维高分子复合材料2，例如依纬向彼此平行排列的复数个该第二碳纤维22与该高分子基材24所构成的呈织带状的该碳纤维高分子复合材料2，所述纬向为该第二碳纤维长轴方向Y。
因此，前述该微波处理步骤P03更包含使该碳纤维高分子复合材料2暴露于一第二微波M2中；其中，该第二微波M2具有一第二微波方向M21，该第二微波M2包括一第二电场E2，该一第二电场E2具有一第二电场方向E21，第二微波方向M21与该第二电场方向E21彼此互相垂直；且，该第二电场方向E21与该第一电场方向E11呈垂直。
请一并参阅图8与图9所示，为本发明第三实施例。与第一实施例及第二实施例类似地，于本第三实施例中不再赘述，该碳纤维回收装置1同时包含该第一微波供给单元11及该第二微波供给单元13。较佳地，该第一微波供给单元11及该第二微波供给单元13沿着该腔体长轴方向XA而依次排列。上述第三实施例尤其适用于同时具有经向及纬向编织的复数个该第一碳纤维21、复数个该第二碳纤维22与该高分子基材24所构成的该碳纤维高分子复合材料2，例如依经向及纬向彼此交错编织的复数个该第一碳纤维21、复数个该第二碳纤维22与该高分子基材24所构成的呈织物状的该碳纤维高分子复合材料2。
由于该第二电场方向E21与该第一电场方向E11呈垂直，该第一电场方向E11与该第一碳纤维长轴方向X呈平行故该第一碳纤维21能够完全吸收该第一电场E1的能量，该第二碳纤维长轴方向Y与该第二电场方向E21呈平行故该第二碳纤维22能够完全吸收该第二电场E2的能量，因此第三实施例尤其适用于将前述表一中编号2的该经纬编织合板中同时于经向及纬向对该高分子基材24进行热裂解，并藉以同时达成对经向的该第一碳纤维21及纬向的该第二碳纤维22的回收，而不受限于前述第一实施例仅对该第一碳纤维21进行回收及前述第二实施例仅对该第二碳纤维22进行回收的实施态样。
请再一并参阅图10与图11所示，为本发明第四实施例。第四实施例调整第一实施例中的该第一微波供给单元11，使该第一电场方向E11与该腔体长轴方向XA相夹呈一倾斜角θ1，该倾斜角θ1的角度大于0度且小于或等于90度。第四实施例尤其适用于将该碳纤维高分子复合材料2放置于该腔体12的内部时，该第一碳纤维21的该第一碳纤维长轴方向X与该腔体长轴方向XA相夹呈该倾斜角θ1的实施态样。换言之，该第一微波供给单元11可调整该第一微波M1，使该第一电场方向E11与该腔体长轴方向XA的角度依需求而改变。例如，当该碳纤维高分子复合材料2放置于该腔体12的内部时，先量测或侦测出该第一碳纤维长轴方向X与该腔体长轴方向XA的该倾斜角θ1的相夹角度，接着调整该第一微波供给单元11的该第一微波M1，使该第一电场方向E11与该腔体长轴方向XA的角度与该倾斜角θ1的相夹角度相同，以使得该第一电场方向E11与该第一碳纤维长轴方向X呈平行。因此当该碳纤维高分子复合材料2放置于该腔体12的内部时，并不需要事先将该第一碳纤维长轴方向X对准该腔体长轴方向XA，而仅需要依上述方式即可调整该第一微波供给单元11，使得该第一电场方向E11与该第一碳纤维长轴方向X呈平行，增进了该碳纤维高分子复合材料2摆放于该腔体12的内部时的便利性。
因此，前述该微波处理步骤P03更包含：该第一微波M1传递至该腔体12的内部，该碳纤维高分子复合材料2置放于该腔体12的内部，该腔体12具有该腔体长轴方向XA，该第一电场方向E11与该腔体长轴方向XA呈该倾斜角θ1。
类似地，该第二微波供给单元13可调整该第二微波M2，使该第二电场方向E21与该腔体长轴方向XA的相夹角度依需求而改变，由于运作机制与原理与前述第四实施例类似，因此不再赘述。
请再参阅图12所示，为本发明第五实施例。第五实施例与第三实施例的差别仅在于第五实施例的该腔体12呈一中空多角柱体，该中空多角柱体的外周围由复数个外表面H所构成，该第一微波供给单元11及该第二微波供给单元13沿着该腔体长轴方向XA而依次排列于该中空多角柱体的其中一个该外表面H。该中空多角柱体可以为中空三角柱体、中空四角柱体、中空五角柱体、中空六角柱体、中空七角柱体、中空八角柱体、中空九角柱体、中空十角柱体、中空十一角柱体、中空十二角柱体、中空十三角柱体、中空十四角柱体、中空十五角柱体、中空十六角柱体、中空十七角柱体、中空十八角柱体或其他的中空多角柱体。
请再参阅图13所示，为本发明第六实施例。第六实施例与第五实施例的差别仅在于第六实施例的复数个该外表面H其中两个该外表面H分别为一第一外表面H1及一第二外表面H2，该第一外表面H1及该第二外表面H2各具有一个该第一微波供给单元11及一个该第二微波供给单元13，且该第一微波供给单元11及该第二微波供给单元13沿着该腔体长轴方向XA而依次排列；其中，该第一外表面H1的该第一微波供给单元11与该第二外表面H2的该第一微波供给单元11不在同一高度，且该第一外表面H1的该第二微波供给单元13与该第二外表面H2的该第二微波供给单元13不在同一高度；该第一外表面H1的该第一微波供给单元11与该第二外表面H2的该第二微波供给单元13在同一高度，且该第一外表面H1的该第二微波供给单元13与该第二外表面H2的该第一微波供给单元11在同一高度。较佳地，该第一外表面H1及该第二外表面H2彼此相邻。
该第一外表面H1及该第二外表面H2相夹呈一夹角θ2；或者，该中空多角柱体的内周围由复数个内表面所构成，复数个该内表面中具有与该第一外表面H1相对应的一第一内表面(图未绘出)，复数个该内表面中具有与该第二外表面H2相对应的一第二内表面(图未绘出)，该第一内表面及该第二内表面相夹呈该夹角θ2。该夹角θ2的角度介于60度至160度之间；较佳地，该夹角θ2的角度介于90度至150度之间；更佳地，该夹角θ2的角度介于120度至144度之间；最佳地，该夹角θ2的角度为120度。需特别说明的是，本说明书内容及专利范围所述的数值范围的限定总是包括端值。
当然，本发明亦可于复数个该外表面H中的每一个该外表面H各具有一个该第一微波供给单元11及一个该第二微波供给单元13，且任意两个相邻的该外表面H的其中一个该外表面H的该第一微波供给单元11与另一个该外表面H的该第一微波供给单元11彼此不在同一高度，任意两个相邻的外表面H的其中一个该外表面H的该第一微波供给单元11与另一个该外表面H的该第二微波供给单元13在同一高度。
Claims (19)
1.一种碳纤维回收方法，其特征在于，适用于从一碳纤维高分子复合材料(2)中回收一第一碳纤维(21)，该碳纤维高分子复合材料(2)包含一高分子基材(24)及该第一碳纤维(21)，该高分子基材(24)与该第一碳纤维(21)结合，该第一碳纤维(21)包括有一第一碳纤维长轴方向(X)，该碳纤维回收方法包括下列依序步骤：
一提供复合材料步骤(P01)：准备该碳纤维高分子复合材料(2)；
一微波处理步骤(P03)：使该碳纤维高分子复合材料(2)暴露于一第一微波(M1)中；其中，该第一微波(M1)具有一第一微波方向(M11)，该第一微波(M1)包括一第一电场(E1)，该第一电场(E1)具有一第一电场方向(E11)，该第一微波方向(M11)与该第一电场方向(E11)彼此互相垂直；且，该第一碳纤维长轴方向(X)与该第一微波方向(M11)呈垂直。
2.如权利要求1所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该第一碳纤维长轴方向(X)与该第一电场方向(E11)呈平行。
3.如权利要求2所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该碳纤维回收方法包含一低氧步骤(P02)，该低氧步骤(P02)介于该提供复合材料步骤(P01)及该微波处理步骤(P03)之间，该低氧步骤(P02)使该碳纤维高分子复合材料(2)处于一第一气体气氛中，该第一气体气氛具有一第一氧气浓度。
4.如权利要求3所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该碳纤维回收方法包含一置换气体步骤(P04)，该碳纤维高分子复合材料(2)于该第一微波(M1)持续照射下，于该微波处理步骤(P03)的后接续进行该置换气体步骤(P04)；该置换气体步骤(P04)于该第一微波(M1)持续照射下，使该碳纤维高分子复合材料(2)处于一第二气体气氛中，该第二气体气氛具有一第二氧气浓度，该第二氧气浓度高于该第一氧气浓度。
5.如权利要求4所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该碳纤维回收方法包含一回收碳纤维步骤(P05)，该回收碳纤维步骤(P05)接续于该置换气体步骤(P04)之后；该回收碳纤维步骤(P05)为使该第一碳纤维(21)不暴露于该第一微波(M1)中，并取得该第一碳纤维(21)。
6.如权利要求5所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该第一氧气浓度低于或等于1ppm，该第二氧气浓度高于1ppm。
7.如权利要求5所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该第一微波(M1)的电功率密度介于200～2000kW/m3之间。
8.如权利要求2所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该提供复合材料步骤(P01)中，包含将该碳纤维高分子复合材料(2)裁切后，依该第一碳纤维长轴方向(X)顺向排列或堆叠集中，并使得该第一电场方向(E11)及该第一碳纤维长轴方向(X)呈平行。
9.如权利要求2所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该第一微波(M1)传递至一腔体(12)的内部，该碳纤维高分子复合材料(2)置放于该腔体(12)的内部，该碳纤维高分子复合材料(2)与该腔体(12)的体积比介于0.3～0.8之间。
10.如权利要求2所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该碳纤维高分子复合材料(2)与该腔体(12)的体积比介于0.35～0.5之间。
11.如权利要求2所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该微波处理步骤(P03)包含使该碳纤维高分子复合材料(2)暴露于一第二微波(M2)中；其中，该第二微波(M2)具有一第二微波方向(M21)，该第二微波(M2)包括一第二电场(E2)，该一第二电场(E2)具有一第二电场方向(E21)，第二微波方向(M21)与该第二电场方向(E21)彼此互相垂直；且，该第二电场方向(E21)与该第一电场方向(E11)呈垂直。
12.如权利要求2所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该第一微波(M1)传递至一腔体(12)的内部，该碳纤维高分子复合材料(2)置放于该腔体(12)的内部，该腔体(12)具有一腔体长轴方向(XA)，该第一电场方向(E11)与该腔体长轴方向(XA)呈一倾斜角(θ1)，该倾斜角(θ1)的角度大于0度且小于或等于90度。
13.如权利要求2所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该第一微波(M1)传递至一腔体(12)的内部，该碳纤维高分子复合材料(2)置放于该腔体(12)的内部，该腔体(12)为中空圆柱体。
14.如权利要求2所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该第一微波(M1)传递至一腔体(12)的内部，该碳纤维高分子复合材料(2)置放于该腔体(12)的内部，该腔体(12)呈一中空多角柱体。
15.如权利要求14所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该中空多角柱体的外周围由复数个外表面(H)所构成，复数个该外表面(H)其中两个该外表面(H)分别为一第一外表面(H1)及一第二外表面(H2)，该第一外表面(H1)及该第二外表面(H2)彼此相邻；该中空多角柱体的内周围由复数个内表面所构成，复数个该内表面中具有与该第一外表面(H1)相对应的一第一内表面，复数个该内表面中具有与该第二外表面(H2)相对应的一第二内表面；该第一外表面(H1)及该第二外表面(H2)相夹呈一夹角(θ2)，或者该第一内表面及该第二内表面相夹呈该夹角(θ2)；该夹角(θ2)的角度介于60度至160度之间。
16.如权利要求15所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该夹角(θ2)的角度介于90度至150度之间。
17.如权利要求15所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该夹角(θ2)的角度介于120度至144度之间。
18.如权利要求15所述的碳纤维回收方法，其特征在于，该夹角(θ2)的角度为120度。
19.一种碳纤维回收方法，适用于从一碳纤维高分子复合材料(2)中回收一第一碳纤维(21)，该碳纤维高分子复合材料(2)包含一高分子基材(24)及该第一碳纤维(21)，该高分子基材(24)与该第一碳纤维(21)结合，该第一碳纤维(21)包括有一第一碳纤维长轴方向(X)，该碳纤维回收方法包括下列依序步骤：
一提供复合材料步骤(P01)：准备该碳纤维高分子复合材料(2)；
一微波处理步骤(P03)：使该碳纤维高分子复合材料(2)暴露于一第一微波(M1)中；其中，该第一微波(M1)具有一第一微波方向(M11)，该第一微波(M1)包括一第一电场(E1)，该第一电场(E1)具有一第一电场方向(E11)，该第一微波方向(M11)与该第一电场方向(E11)彼此互相垂直；且，该第一碳纤维长轴方向(X)与该第一电场方向(E11)呈平行。
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