CN113262841A - 一种碳纤维复合材料的破碎装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种碳纤维复合材料的破碎装置和方法，包括固定架，穿刺机构，加热机构和辊切机构；加热机构设置于穿刺机构的出料口一侧；辊切机构设置于加热机构的出料口一侧；穿刺机构，加热机构和辊切机构均设置于固定架上；辊切机构包括第一电机，辊切轴，主动轮，从动辊压轮，导向轮，剪切轮和刮刀；辊切轴一端与主动轮侧面中心固定连接；辊切轴另一端贯穿固定架，并与固定安装于固定架上的第一电机传动连接；从动辊压轮侧面中心，导向轮侧面中心和剪切轮侧面中心均通过轴与固定架转动连接；具有高效、简洁、易于维护的特点，过程中无噪音且产生粉尘极少，对环境十分友好。

Description

一种碳纤维复合材料的破碎装置和方法
技术领域
本发明涉及废品回收技术领域，特别是涉及一种碳纤维复合材料的破碎装置和方法。
背景技术
我国碳纤维复合材料在钓鱼竿、自行车、球拍等体育休闲用品领域应用量大、占比高(约29％)。我国是全球著名的碳纤维钓鱼竿等渔具生产基地，出口额占全国钓鱼竿出口总值的50％以上，产能占全球市场60％以上。钓鱼竿有1000多个系列，2万多个规格，年消耗碳纤维2000t。碳纤维复合材料由热固性树脂基复合材料生产而成，致使废弃材料中的碳纤维没有得到妥善的回收。碳纤维鱼竿的高强性能及耐腐蚀性特点，使废弃物的处理非常困难。废弃物处理的相关法规在当前和以后都会要求工业材料在报废后能够得到妥善的回收，工业材料的最终回收再利用可以达到节省资源和能源的目的。
碳纤维复合材料中的热固性树脂难以降解，因此填埋和焚烧法处理必然造成严重的环境问题，且废弃物中含有大量高价值碳纤维被埋掉或者烧掉，造成巨大的资源浪费。
综合利用碳纤维复合材料废弃物，开发制造低成本高附加值产品，比如碳纤维复合材料鱼竿废弃料。复合材料再利用的关键技术之一是如何高效、环保地将废料破碎成规则的小块料，为后续再利用提供基础。
本专利针对碳纤维复合材料鱼竿废料的特点，发明一种专用的高效、简洁、易于维护的破碎方法，无噪音且极少产生粉尘，具有环境友好性。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维复合材料的破碎装置和方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现废弃鱼竿中的碳纤维材料的回收，促进高价值材料的循环利用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种碳纤维复合材料的破碎装置，包括固定架，穿刺机构，加热机构和辊切机构；所述加热机构设置于所述穿刺机构的出料口一侧；所述辊切机构设置于所述加热机构的出料口一侧；所述穿刺机构，所述加热机构和所述辊切机构均设置于所述固定架上；
所述辊切机构包括第一电机，辊切轴，主动轮，从动辊压轮，导向轮，剪切轮和刮刀；所述辊切轴一端与所述主动轮侧面中心固定连接；所述辊切轴另一端贯穿所述固定架，并与固定安装于所述固定架上的所述第一电机传动连接；所述从动辊压轮侧面中心，所述导向轮侧面中心和所述剪切轮侧面中心均与所述固定架转动连接；所述从动辊压轮，若干所述导向轮，所述剪切轮和所述刮刀依次沿所述主动轮运行方向布置。
优选的，设置辊切机构可以将碳纤维复合材料进行压扁并沿着主动轮圆周侧面导入剪切入口，进行切断破碎。
所述穿刺机构包括第三电机，穿刺辊轮，穿刺轴和从动辊轮；所述穿刺轴一端与所述穿刺辊轮侧面中心固定连接，所述穿刺轴另一端贯穿所述固定架，所述穿刺轴另一端与固定安装于所述固定架上的所述第三电机传动连接；所述从动辊轮与所述固定架转动连接；所述穿刺辊轮圆周面等距设置有若干钢针；所述钢针尖端与所述从动辊轮相抵接。
优选的，穿刺辊轮圆周侧面等间距固定安装有若干钢针，可以全面的对碳纤维复合材料进行刺穿，有利于在加热过程中快速预热和排气，并有助于将碳纤维复合材料内部部分的编织层进行打散，降低碳纤维复合材料的模量和强度。
所述加热机构包括隔热罩壳，加热管和传送装置；所述隔热罩壳固定安装于所述固定架上；所述隔热罩壳两相对侧面同一水平位置开设有过料孔；所述加热管固定安装于所述隔热罩壳内壁上，所述加热管轴线过两所述过料孔圆心；一所述过料孔与所述辊切机构的出料口位置相对应；所述传送装置的入料口与所述加热管的出口位置相对应；所述传送装置的出料口与另一所述过料孔位置相对应；所述入料筒上边缘设置于另一所述过料孔下边缘处。
优选的，增加加热机构可以对热固性树脂进行预热，进一步降低碳纤维复合材料的强韧性。
所述传送装置包括第二电机，主传动轮，传送轴和从动轮；所述传送轴一端与所述主传动轮中心固定连接，所述传送轴另一端依次贯穿所述隔热罩壳内壁和所述固定架，所述传送轴另一端与固定安装于所述固定架上的所述第二电机传动连接；所述从动轮中心通过轴与所述隔热罩壳内壁转动连接。
优选的，传送装置可以将加热管加热后的碳纤维复合材料传送到后续的辊切机构中。
所述从动辊压轮和若干所述导向轮均不与所述主动轮圆周面接触；所述剪切轮的剪切刃和所述刮刀刀刃均与所述主动轮圆周面相抵接；所述刮刀刀刃朝向所述剪切轮的方向；
所述辊切机构还包括入料筒和储料箱；所述储料箱设置于地面上，且所述储料箱开口正对所述刮刀刀刃设置；所述入料筒一侧面与所述固定架固定连接；所述入料筒的入料口顶面设置于所述加热机构的出料口底部；所述主动轮和所述从动辊压轮之间间隙正对所述入料筒的出料口的设置。
优选的，从动辊压轮与主动轮的间隙为碳纤维复合材料料厚的1.5-2倍，保证完成辊压制片；
优选的，导向轮与主动轮之间的间隙与辊压制片完成后的碳纤维复合材料厚度相同，利用若干导向轮将其导入到剪切轮的剪切口内。
优选的，剪切轮的剪切刃和刮刀刀刃均与主动轮圆周侧面相抵触，既完成了对碳纤维制片的切断，又可以将黏连在主动轮圆周侧面的碳纤维复合材料的颗粒剔除。
所述加热机构还包括排气管；所述排气管一端通过开设在所述隔热罩壳顶部的排气孔与所述隔热罩壳内腔相连通，所述排气管另一端与空气净化装置相连通。
优选的，对碳纤维复合材料进行加热，能够产生对环境污染的VOCs气体和部分微小颗粒，经过排气管导出后，由空气净化装置进行净化。
一种所述的碳纤维复合材料的破碎装置的破碎方法，具体步骤为：
S1、穿刺；碳纤维复合材料导入所述穿刺机构中对碳纤维复合材料整体若干点刺穿破坏；
S2、加热；将碳纤维复合材料经过所述加热机构中加热至弱化温度，加热时间2-10分钟；
S3、辊压；将加热后的碳纤维复合材料导入辊切机构中，经过所述主动轮和所述从动辊压轮的挤压压碎成片；
S4、粉碎；辊压制片完成后，再经过所述主动轮和若干所述导向轮将碳纤维复合材料导入所述主动轮和所述剪切轮的进料端，进行剪切破碎，制成颗粒。
所述弱化温度为150℃-400℃。
所述颗粒长度为10mm-50mm。
所述碳纤维复合材料鱼竿废料的基体树脂为热固性树脂。
优选的，所述热固性树脂包括环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、有机硅树脂、呋喃树脂中的一种或多种。
优选的，所述碳纤维复合材料中的碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或黏胶基碳纤维中的一种或多种。
本发明公开了以下技术效果：
本发明采用了预先弱化的工艺，实现对高强度高模量的碳纤维复合材料的破碎，降低了破碎的难度。
本发明是专门针对报废的碳纤维复合材料进行开发的，具有高效、简洁、易于维护的特点，过程中无噪音且产生粉尘极少，对环境十分友好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的主视示意图。
图2为传送装置主视示意图。
其中，固定架-1，第三电机-21，穿刺辊轮-22，穿刺轴-23，从动辊轮-24，隔热罩壳-31，加热管-32，传送装置-33，第二电机-331，主传动轮-332，传送轴-333，从动轮-334，排气管-34，第一电机-41，辊切轴-42，入料筒-43，主动轮-44，从动辊压轮-45，导向轮-46，剪切轮-47，刮刀-48，储料箱-49。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种碳纤维复合材料的破碎装置，包括固定架1，穿刺机构，加热机构和辊切机构；加热机构设置于穿刺机构的出料口一侧；辊切机构设置于加热机构的出料口一侧；穿刺机构，加热机构和辊切机构均设置于固定架1上；
辊切机构包括第一电机41，辊切轴42，主动轮44，从动辊压轮45，导向轮46，剪切轮47和刮刀48；辊切轴42一端与主动轮44侧面中心固定连接；辊切轴42另一端贯穿固定架1，并与固定安装于固定架1上的第一电机41传动连接；从动辊压轮45侧面中心，导向轮46侧面中心和剪切轮47侧面中心均与固定架1转动连接；从动辊压轮45，若干导向轮46，剪切轮47和刮刀48依次沿主动轮44运行方向布置。
穿刺机构包括第三电机21，穿刺辊轮22，穿刺轴23和从动辊轮24；穿刺轴23一端与穿刺辊轮22侧面中心固定连接，穿刺轴23另一端贯穿固定架1，穿刺轴23另一端与固定安装于固定架1上的第三电机21传动连接；从动辊轮24与固定架1转动连接；穿刺辊轮22圆周面等距设置有若干钢针；钢针尖端与从动辊轮24相抵接。
加热机构包括隔热罩壳31，加热管32和传送装置33；隔热罩壳31固定安装于固定架1上；隔热罩壳31两相对侧面同一水平位置开设有过料孔；加热管32固定安装于隔热罩壳31内壁上，加热管32轴线过两过料孔圆心；一过料孔与辊切机构的出料口位置相对应；传送装置33的入料口与加热管32的出口位置相对应；传送装置33的出料口与另一过料孔位置相对应；入料筒43上边缘设置于另一过料孔下边缘处。
传送装置33包括第二电机331，主传动轮332，传送轴333和从动轮334；传送轴333一端与主传动轮332中心固定连接，传送轴333另一端依次贯穿隔热罩壳31内壁和固定架1，传送轴333另一端与固定安装于固定架1上的第二电机331传动连接；从动轮334中心通过轴与隔热罩壳31内壁转动连接。
从动辊压轮45和若干导向轮46均不与主动轮44圆周面接触；剪切轮47的剪切刃和刮刀48刀刃均与主动轮44圆周面相抵接；刮刀48刀刃朝向剪切轮47的方向；
辊切机构还包括入料筒43和储料箱49；储料箱49设置于地面上，且储料箱49开口正对刮刀48刀刃设置；入料筒43一侧面与固定架1固定连接；入料筒43的入料口顶面设置于加热机构的出料口底部；主动轮44和从动辊压轮45之间间隙正对入料筒43的出料口的设置。
加热机构还包括排气管34；排气管34一端通过开设在隔热罩壳31顶部的排气孔与隔热罩壳31内腔相连通，排气管34另一端与空气净化装置相连通。
一种碳纤维复合材料的破碎装置的破碎方法，其特征在于,具体步骤为：
S1、穿刺；碳纤维复合材料导入穿刺机构中对碳纤维复合材料整体若干点刺穿破坏；
S2、加热；将碳纤维复合材料经过加热机构中加热至弱化温度，加热时间2-10分钟；
S3、辊压；将加热后的碳纤维复合材料导入辊切机构中，经过主动轮44和从动辊压轮45的挤压压碎成片；
S4、粉碎；辊压制片完成后，再经过主动轮44和若干导向轮46将碳纤维复合材料导入主动轮44和剪切轮47的进料端，进行剪切破碎，制成颗粒。
弱化温度为150℃-400℃。
颗粒长度为10mm-50mm。
碳纤维复合材料鱼竿废料的基体树脂为热固性树脂。
本发明公开了以下技术效果：
本发明采用了预先弱化的工艺，实现对高强度高模量的碳纤维复合材料的破碎，降低了破碎的难度。
本发明是专门针对报废的碳纤维复合材料进行开发的，具有高效、简洁、易于维护的特点，过程中无噪音且产生粉尘极少，对环境十分友好。
在本发明的一个实施例中，碳纤维复合材料的热固材料主要为环氧树脂，先送入穿刺机构，经过穿刺辊轮完成对碳纤维复合材料整体的穿刺破坏其内应力，然后导入加热机构，设置加热管32的加热温度为200℃，加热时间为5分钟，再送入辊切机构进行辊压切割造粒。
在本发明的另一个实施例中，碳纤维复合材料的热固材料主要为有机硅树脂，则设置加热管32的加热温度为300℃，加热时间为10分钟，再送入辊切机构进行辊压切割造粒。
在本发明的另一个实施例中，碳纤维复合材料的热固材料主要为酚醛树脂，则设置加热管32的加热温度为400℃，加热时间为6分钟，再送入辊切机构进行辊压切割造粒。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种碳纤维复合材料的破碎装置，其特征在于，包括固定架(1)，穿刺机构，加热机构和辊切机构；所述加热机构设置于所述穿刺机构的出料口一侧；所述辊切机构设置于所述加热机构的出料口一侧；所述穿刺机构，所述加热机构和所述辊切机构均设置于所述固定架(1)上；
所述辊切机构包括第一电机(41)，辊切轴(42)，主动轮(44)，从动辊压轮(45)，导向轮(46)，剪切轮(47)和刮刀(48)；所述辊切轴(42)一端与所述主动轮(44)侧面中心固定连接；所述辊切轴(42)另一端贯穿所述固定架(1)，并与固定安装于所述固定架(1)上的所述第一电机(41)传动连接；所述从动辊压轮(45)侧面中心，所述导向轮(46)侧面中心和所述剪切轮(47)侧面中心均与所述固定架(1)转动连接；所述从动辊压轮(45)，若干所述导向轮(46)，所述剪切轮(47)和所述刮刀(48)依次沿所述主动轮(44)运行方向布置。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料的破碎装置，其特征在于：所述穿刺机构包括第三电机(21)，穿刺辊轮(22)，穿刺轴(23)和从动辊轮(24)；所述穿刺轴(23)一端与所述穿刺辊轮(22)侧面中心固定连接，所述穿刺轴(23)另一端贯穿所述固定架(1)，所述穿刺轴(23)另一端与固定安装于所述固定架(1)上的所述第三电机(21)传动连接；所述从动辊轮(24)与所述固定架(1)转动连接；所述穿刺辊轮(22)圆周面等距设置有若干钢针；所述钢针尖端与所述从动辊轮(24)相抵接。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料的破碎装置，其特征在于：所述加热机构包括隔热罩壳(31)，加热管(32)和传送装置(33)；所述隔热罩壳(31)固定安装于所述固定架(1)上；所述隔热罩壳(31)两相对侧面同一水平位置开设有过料孔；所述加热管(32)固定安装于所述隔热罩壳(31)内壁上，所述加热管(32)轴线过两所述过料孔圆心；一所述过料孔与所述辊切机构的出料口位置相对应；所述传送装置(33)的入料口与所述加热管(32)的出口位置相对应；所述传送装置(33)的出料口与另一所述过料孔位置相对应；所述入料筒(43)上边缘设置于另一所述过料孔下边缘处。
4.根据权利要求3所述的一种碳纤维复合材料的破碎装置，其特征在于：所述传送装置(33)包括第二电机(331)，主传动轮(332)，传送轴(333)和从动轮(334)；所述传送轴(333)一端与所述主传动轮(332)中心固定连接，所述传送轴(333)另一端依次贯穿所述隔热罩壳(31)内壁和所述固定架(1)，所述传送轴(333)另一端与固定安装于所述固定架(1)上的所述第二电机(331)传动连接；所述从动轮(334)中心通过轴与所述隔热罩壳(31)内壁转动连接。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料的破碎装置，其特征在于：所述从动辊压轮(45)和若干所述导向轮(46)均不与所述主动轮(44)圆周面接触；所述剪切轮(47)的剪切刃和所述刮刀(48)刀刃均与所述主动轮(44)圆周面相抵接；所述刮刀(48)刀刃朝向所述剪切轮(47)的方向；
所述辊切机构还包括入料筒(43)和储料箱(49)；所述储料箱(49)设置于地面上，且所述储料箱(49)开口正对所述刮刀(48)刀刃设置；所述入料筒(43)一侧面与所述固定架(1)固定连接；所述入料筒(43)的入料口顶面设置于所述加热机构的出料口底部；所述主动轮(44)和所述从动辊压轮(45)之间间隙正对所述入料筒(43)的出料口的设置。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料的破碎装置，其特征在于：所述加热机构还包括排气管(34)；所述排气管(34)一端通过开设在所述隔热罩壳(31)顶部的排气孔与所述隔热罩壳(31)内腔相连通，所述排气管(34)另一端与空气净化装置相连通。
7.一种根据权利要求1-6所述的碳纤维复合材料的破碎装置的破碎方法，其特征在于,具体步骤为：
S1、穿刺；碳纤维复合材料导入所述穿刺机构中对碳纤维复合材料整体若干点刺穿破坏；
S2、加热；将碳纤维复合材料经过所述加热机构中加热至弱化温度，加热时间2-10分钟；
S3、辊压；将加热后的碳纤维复合材料导入辊切机构中，经过所述主动轮(44)和所述从动辊压轮(45)的挤压压碎成片；
S4、粉碎；辊压制片完成后，再经过所述主动轮(44)和若干所述导向轮(46)将碳纤维复合材料导入所述主动轮(44)和所述剪切轮(47)的进料端，进行剪切破碎，制成颗粒。
8.根据权利要求7所述的一种碳纤维复合材料的破碎方法，其特征在于：所述弱化温度为150℃-400℃。
9.根据权利要求7所述的一种碳纤维复合材料的破碎方法，其特征在于：所述颗粒长度为10mm-50mm。
10.根据权利要求7所述的一种碳纤维复合材料的破碎方法，其特征在于：所述碳纤维复合材料鱼竿废料的基体树脂为热固性树脂。
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