CN110172177B - 快速高效回收高性能树脂基碳纤维复合材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速高效回收高性能树脂基碳纤维复合材料的方法，用于解决现有回收碳纤维增强树脂基复合材料的方法实用性差的技术问题。技术方案是将碳纤维增强树脂基复合材料废料放入到冰乙酸中于108～112℃条件下预处理30～40min。将预处理后的碳纤维增强树脂基复合材料废料放入到90～95℃的烘箱中进行干燥，随后放入到含有二甲基亚砜和氢氧化钾混合溶液降解体系中于150～180℃条件下降解40～70min，对降解后的固体产物进行分离、去离子水清洗、干燥。称取干燥后的固体产物，计算降解率。本发明回收效率高，条件温和，回收碳纤维的表面形貌好且力学性能保留率高。

Description

快速高效回收高性能树脂基碳纤维复合材料的方法

技术领域

本发明涉及一种回收碳纤维增强树脂基复合材料的方法，特别涉及一种快速高效回收高性能树脂基碳纤维复合材料的方法。

背景技术

树脂基碳纤维复合材料因其优异的热稳定性、高强度、耐腐蚀和抗冲击性，在航空航天、医疗器械、建筑。体育用品等多个领域得到了广泛的那个。随着树脂基碳纤维复合材料用量的日益增多，在使用过程中会产生大量的边角料及达到寿命年限的废弃物。而由于树脂基碳纤维复合材料在固化过程中形成了三维交联的网状结构，具有不溶不熔的特性，使其回收和再利用成为国内外先进复合材料行业共同面临的一个难题。

当前，对树脂基碳纤维复合材料的回收方法研究最多的是化学回收法。化学回收法是指利用化学试剂将树脂基中的交联结构断裂，形成低分子聚合物或部分溶于试剂中，从而从碳纤维上脱落，将碳纤维进行更有效的回收。

文献1“申请公布号是CN 106496631 A的中国发明专利”公开了一种超临界混合流体回收碳纤维增强树脂基复合材料的方法，该方法将废弃的碳纤维增强树脂基碳纤维复合材料切割为小的块体，内置于反应釜，加入碱性固体催化剂程序升温至90℃后加入固定比例的醇和水泵，继续程序升温至310℃-360℃使其达到二元超临界状态，保温10min-30min，得到回收的碳纤维。该方法所要求的温度过高。

文献2“申请公布号是CN 105906836 A的中国发明专利”公开了一种温和条件下的碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法，该方法采用活性溶剂和有机溶剂的混合液作为反应液，然后加入催化剂，在80-180℃条件下反应2-5h，分离得到的固体产物即回收的碳纤维。该方法虽温度较低，但完全降解碳纤维增强树脂基复合材料所需时间过长。

文献3“申请公布号是CN 106750507 A的中国发明专利”公开了一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法，该方法将碳纤维增强树脂基复合材料切成小板状后，将其处理至两端碳纤维裸露，然后在超声强化或微波强化的条件下，在电解液中进行老化处理后，将裸露的碳纤维与直流电源的阳极相连，石墨电极棒与阴极相连，在电解液中进行电化学反应，得到回收的碳纤维。该方法对设备的要求高，对操作的安全系数要求较高，后反应处理难，对环境污染大。

发明内容

为了克服现有回收碳纤维增强树脂基复合材料的方法实用性差的不足，本发明提供一种快速高效回收高性能树脂基碳纤维复合材料的方法。该方法将碳纤维增强树脂基复合材料废料放入到冰乙酸中于108～112℃条件下预处理30～40min。将预处理后的碳纤维增强树脂基复合材料废料放入到90～95℃的烘箱中进行干燥，随后放入到含有二甲基亚砜和氢氧化钾混合溶液降解体系中于150～180℃条件下降解40～70min，对降解后的固体产物进行分离、去离子水清洗、干燥。称取干燥后的固体产物，计算降解率。本发明回收效率高，条件温和，回收碳纤维的表面形貌好且力学性能保留率高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种快速高效回收高性能树脂基碳纤维复合材料的方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、将树脂基碳纤维复合材料切割为30×15×3mm³～40×25×3mm³的块状，保持切割面平整。对切割后的树脂基碳纤维复合材料进行清洗、烘干。

步骤二、对步骤一的树脂基碳纤维复合材料称重后进行预处理，采用纯的冰乙酸为溶剂，在108～112℃下恒温反应30～40min后，用水清洗，然后放入90～95℃的烘箱中烘干至恒重。

步骤三、将步骤二所得的树脂基碳纤维复合材料加入到含有二甲基亚砜和氢氧化钾的混合溶液中，其浓度为0.02～0.10g/mL，升温至150℃～180℃，恒温反应40～70min。

步骤四、分离所得的固体产物用水清洗后，置于90～95℃的烘箱中烘干至恒重。

本发明的有益效果是：该方法将碳纤维增强树脂基复合材料废料放入到冰乙酸中于108～112℃条件下预处理30～40min。将预处理后的碳纤维增强树脂基复合材料废料放入到90～95℃的烘箱中进行干燥，随后放入到含有二甲基亚砜和氢氧化钾混合溶液降解体系中于150～180℃条件下降解40～70min，对降解后的固体产物进行分离、去离子水清洗、干燥。称取干燥后的固体产物，计算降解率。本发明回收效率高，条件温和，回收碳纤维的表面形貌好且力学性能保留率高。

实验表明，树脂基碳纤维复合材料在经108～112℃的冰乙酸溶液中预处理30～40min后，于0.01～010g/mL的二甲基亚砜和氢氧化钾的混合溶液中在150～180℃下40～70min即可高效的将其降解回收。降解率达到96.5％以上，回收碳纤维表面光滑无树脂残留，且回收碳纤维的力学性能可保留95％以上。

本发明在更短的时间、更低的温度条件下成功地降解的某胺固化的环氧树脂，回收所得的碳纤维力学性能损失小，整个过程所使用的试剂皆为常用试剂。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明方法实施例1经冰乙酸预处理后碳纤维的表面形貌。

图2是本发明方法实施例1最终回收碳纤维的表面形貌。

具体实施方式

以下实施例参照图1-2。

实施例1：

步骤1、取一块切割后的某胺类固化的环氧树脂基碳纤维复合材料，清洗烘干后，其质量为2.070g，体积为35×15×3mm³。

步骤2、将步骤1的复合材料放入到CH3COOH的溶液中，在108℃条件下恒温反应40min，用水清洗数次后置于95℃的烘箱中烘干至恒重。

步骤3、取步骤2预处理后的复合材料加入到0.02g/mL的DMSO和KOH的混合液中，于165℃条件下反应50min。

步骤4、将所得的固体产物(碳纤维)进行分离，用水清洗数次后，置于95℃的烘箱中烘干至恒重。

称取回收碳纤维的质量为1.207g，降解率为98.3％。所回收的碳纤维力学性能达到原始纤维的96％。

从图1可以看出，经冰乙酸预处理后碳纤维的碳纤维表面仍有大量的树脂残留。从图2可以看出，所回收的碳纤维干净整洁，表面无树脂残留。

实施例2：

步骤1、取一块切割后的某胺类固化的环氧树脂基碳纤维复合材料，清洗烘干后，其质量为2.002g，体积为40×25×3mm³。

步骤2、将步骤1的复合材料放入到CH3COOH的溶液中，在110℃条件下恒温反应35min，用水清洗数次后置于93℃的烘箱中烘干至恒重。

步骤3、取步骤2预处理后的复合材料加入到0.10g/mL的DMSO和KOH的混合液中，于150℃条件下反应70min。

步骤4、将所得的固体产物(碳纤维)进行分离，用水清洗数次后，置于93℃的烘箱中烘干至恒重。

称取回收碳纤维的质量为1.182g，降解率为96.6％。所回收的碳纤维力学性能达到原始纤维的98％。

实施例3：

步骤1、取一块切割后的某胺类固化的环氧树脂基碳纤维复合材料，清洗烘干后，其质量为2.032g，体积为30×15×3mm³。

步骤2、将步骤1的复合材料放入到CH₃COOH的溶液中，在112℃条件下恒温反应30min，用水清洗数次后置于90℃的烘箱中烘干至恒重。

步骤3、取步骤2预处理后的复合材料加入到0.06g/mL的DMSO和KOH的混合液中，于180℃条件下反应40min。

步骤4、将所得的固体产物(碳纤维)进行分离，用水清洗数次后，置于90℃的烘箱中烘干至恒重。

称取回收碳纤维的质量为1.177g，降解率为99.2％。所回收的碳纤维力学性能达到95％。

Claims (1)

1.一种快速高效回收高性能树脂基碳纤维复合材料的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、将树脂基碳纤维复合材料切割为30×15×3mm³～40×25×3mm³的块状，保持切割面平整；对切割后的树脂基碳纤维复合材料进行清洗、烘干；

步骤二、对步骤一的树脂基碳纤维复合材料称重后进行预处理，采用纯的冰乙酸为溶剂，在108～112℃下恒温反应30～40min后，用水清洗，然后放入90～95℃的烘箱中烘干至恒重；

步骤三、将步骤二所得的树脂基碳纤维复合材料加入到含有二甲基亚砜和氢氧化钾的混合溶液中，其浓度为0.02～0.10g/mL，升温至150℃～180℃，恒温反应40～70min；

步骤四、分离所得的固体产物用水清洗后，置于90～95℃的烘箱中烘干至恒重。

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