ES2610213T3 - Dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas y método para fabricar fibras de carbono recicladas - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo (100, 200) para fabricar fibras de carbono recicladas (8) que utiliza plástico (40) reforzado con fibra de carbono que contiene fibras de carbono y un componente de matriz como un material fuente, que comprende: un horno (101) de destilación en seco-carbonización para destilar en seco el plástico (40) reforzado con fibra de carbono y convertir una parte del componente de matriz en carbono fijo para unir el carbono fijo a las superficies de las fibras de carbono, dicho horno de destilación en seco-carbonización provisto con un cuerpo principal (105, 205) en forma de caja, una cámara (102) de destilación en seco-carbonización que está prevista en el interior del cuerpo principal (105, 205) y aloja el plástico (40) reforzado con fibra de carbono, una cámara de combustión (103, 203) que está prevista en la parte inferior de la cámara (102) de destilación en seco-carbonización y equipada con un quemador (104), y una cámara de calentamiento (115) formada en el espacio entre el cuerpo principal (105, 205) y la cámara (102) de destilación en secocarbonización; y un horno continuo (26) para calentar de modo continuo las fibras de carbono unidas con el carbono fijo y eliminar una parte del carbono fijo, dicho horno continuo provisto con una parte (6) de transporte de malla para transportar las fibras de carbono unidas con el carbono fijo y un espacio (2) de tratamiento de calor alargado en forma de túnel, en el que se ha proporcionado un generador de vapor (105, 205) al horno (101, 102) de destilación en secocarbonización proporcionando dicho generador de vapor, vapor a 100 ºC o más y a 700 ºC o menos a la cámara (102) de destilación en seco-carbonización.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas y metodo para fabricar fibras de carbono recicladas CAMPO TECNICO
La presente invencion se refiere a un dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas y a un metodo para fabricar fibras de carbono recicladas. Espedficamente, la invencion se refiere a un dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas y a un metodo para fabricar fibras de carbono recicladas, que se caracterizan por calentar plastico reforzado con fibra de carbono a alta temperatura y eliminar un componente de matriz. Las fibras de carbono recicladas producidas por el dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas y el metodo para fabricar fibras de carbono recicladas de acuerdo con la presente invencion son capaces de ser reutilizadas como material fuente de telas no tejidas, y similares.
ANTECEDENTES DE LA TECNICA
Las fibras de carbono han sido conocidas como un material que tiene excelentes caracterfsticas dinamicas tales como alta intensidad y alta elasticidad. Se ha fabricado plastico reforzado con fibra de carbono (en lo sucesivo tambien denominado CFRP) que utiliza las fibras de carbono como un componente de relleno y una resina epoxi, una resina de poliester, o similar como un componente de matriz. La fibra de carbono tiene un peso ligero como % del peso espedfico del hierro, tiene una intensidad 10 veces mas alta que la del hierro, y es un material excelente en resistencia a la abrasion, resistencia al calor, conductividad electrica y resistencia a la traccion, y asf, las fibras de carbono han sido ampliamente utilizadas en distintos campos industriales incluyendo tfpicamente la industria aeroespacial.
El plastico reforzado con fibra de carbono es fabricado principalmente generando un preimpregnado obtenido impregnando una resina que es un componente de matriz en fibras de carbono y horneando este preimpregnado en una autoclave con presurizacion. En esta operacion de fabricacion de plastico reforzado con fibra de carbono, se generan muchas sustancias finales de molienda diferentes de los productos. Por ejemplo, cuando se fabrica un producto de gran tamano tal como un cuerpo de un aeroplano, se genera una gran cantidad de tales sustancias finales de molienda descritas anteriormente. Por lo tanto, la eliminacion de tales sustancias finales de molienda ha sido un problema en algunos casos. Como se ha descrito anteriormente, el plastico reforzado con fibra de carbono es un material en el que existen diferentes componentes de relleno y componentes de matriz caracterizados en la mezcla y la separacion de estos componentes y su reciclaje o reutilizacion era tecnicamente muy diffcil. Ademas, no era efectivo desde el punto de vista del coste y la eficiencia energetica. Como resultado, en las circunstancias actuales, una gran parte de las sustancias finales de molienda generadas en la fabricacion y preimpregnados no utilizados han sido desechados en vertederos, incineracion, y similares. Ademas, el plastico reforzado con fibra de carbono recuperado despues de la finalizacion de funciones como un producto ha sido desechado de manera similar en vertederos, y similares del mismo modo.
Los inventores de la presente invencion han desarrollado ya una tecnologfa que se refiere a un dispositivo de regeneracion y a un metodo de regeneracion de fibras de carbono en los que solo un componente de matriz es calentado y eliminado del plastico reforzado con fibra de carbono por descomposicion termica y se recuperan selectivamente fibras de carbono sin disminuir las caracterfsticas dinamicas (vease la Literatura de Patente 1 y la Literatura de Patente 2). De acuerdo con la tecnologfa, se construye un espacio de regeneracion alargado en forma de tunel con un material resistente al fuego en un horno continuo. En este horno continuo, hay prevista una cinta transportadora de malla. El plastico reforzado con fibra de carbono es alimentado continuamente al espacio de regeneracion utilizando tal cinta transportadora y, al mismo tiempo, el plastico reforzado con fibra de carbono es calentado en una zona de calentamiento en el espacio de regeneracion, gasificando de este modo solo un componente de matriz tal como una resina epoxi termoplastica por descomposicion termica, lo que hace posible recuperar fibras de carbono (fibras de carbono recicladas) en un estado fibroso largo. Como resultado, se puede descomponer termicamente de manera eficaz una gran cantidad de plastico reforzado con fibra de carbono y se pueden generar asf fibras de carbono recicladas.
Ademas, la Literatura de Patente 3 describe una tecnologfa para recuperar fibras de carbono en un estado de eliminacion del 68 al 80% de plastico tratando plastico reforzado con fibra de carbono con vapor sobrecalentado a 800 °C o mas. La Literatura de Patente 3 describe un dispositivo de recuperacion provisto con una parte calentadora que produce vapor sobrecalentado, una parte de introduccion que introduce el vapor producido, y una parte de soporte que mantiene el plastico reforzado con fibra de carbono.
DOCUMENTOS DE LA TECNICA ANTERIOR
Literaturas de Patente
Literatura de Patente 1: JP-A N° 2008-285601 Literatura de Patente 2: Patente Japonesa N° 4949123 Literatura de Patente 3: JP-A N° 2011-122032
El documento JP H07 33904 A describe un metodo en el que un plastico reforzado con fibra de carbono es destilado en
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seco para convertirlo en un carburo, este carburo se descompone posteriormente por oxidaciones.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
De acuerdo con un aspecto de la presente invencion, se ha proporcionado un dispositivo para reciclar fibras de carbono fabricadas como se ha reivindicado en las reivindicaciones adjuntas. Tambien de acuerdo con la presente invencion, se ha proporcionado un metodo para reciclar fabricado con fibras de carbono como se ha revindicado en las reivindicaciones adjuntas.
PROBLEMAS QUE HAN DE SER RESUELTOS POR LA INVENCION
Sin embargo, han existido problemas mencionados a continuacion en el dispositivo de regeneracion y en el metodo de regeneracion de fibras de carbono descritos en la Literatura de Patente 1 y en la Literatura de patente 2. Es decir, las sustancias finales de molienda, y similares, de plastico reforzado con fibra de carbono recuperado tienen distintas formas de acuerdo con las fracciones de productos utilizadas, y asf sucesivamente. Por lo tanto, la diferencia en la transmision de calor es causada en la descomposicion termica debido a que se han generado en algunos casos espacios de formas y variaciones en las condiciones de calentamiento. Como resultado, cuando se generan fibras de carbono recicladas a partir de plastico reforzado con fibra de carbono utilizando un dispositivo de regeneracion que tiene un horno continuo convencional, las diferencias en las caractensticas termicas descritas anteriormente causan tales defectos que una parte del plastico reforzado con fibra de carbono esta en un estado sobrecalentado y se quema en el espacio de regeneracion, o no se transmite suficiente calor y una parte de un componente de matriz permanece, lo que da como resultado la generacion de desviaciones en propiedades y cualidades de las fibras de carbono recicladas obtenidas en algunos casos.
Por otra parte, en el metodo para recuperar fibras de carbono descrito en la Literatura de Patente 3, dado que permanece del 20 al 32% de un componente de matriz, las fibras de carbono recuperadas mantienen una forma de un haz de fibras, y por otra parte, existe la posibilidad de un defecto de flexibilidad. Por lo tanto, cuando fibras de carbono recuperadas son reutilizadas para una tela no tejida, existe una alta posibilidad de requerir un proceso adicional.
Un objeto de la presente invencion es proporcionar una tecnologfa para fabricar fibras de carbono recicladas de manera eficaz a un coste bajo procesando plastico reforzado con fibra de carbono en condiciones de calentamiento estables en vista de la condicion real descrita anteriormente. Es decir, un problema de la presente invencion es proporcionar fibras de carbono recicladas que son adecuadas para procesar tela no tejida, y similares, y un dispositivo de fabricacion y un metodo de fabricacion de las fibras de carbono recicladas.
MEDIOS PARA RESOLVER LOS PROBLEMAS
El dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas de la presente invencion con el fin de resolver el problema descrito anteriormente es un dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas, que utiliza plastico reforzado con fibra de carbono que contiene fibras de carbono y un componente de matriz como un material fuente. El dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas de la presente invencion tiene un horno de destilacion en seco-carbonizacion y un horno continuo. El horno de destilacion en seco-carbonizacion esta provisto con un cuerpo principal en forma de caja, una camara de destilacion en seco-carbonizacion que esta prevista en el interior del cuerpo principal y aloja el plastico reforzado con fibra de carbono, una camara de combustion que esta prevista en la parte inferior de la camara de destilacion en seco-carbonizacion y equipada con un quemador, y una camara de calentamiento formada en el espacio entre el cuerpo principal y la camara de destilacion en seco-carbonizacion. El horno de destilacion en seco-carbonizacion destila en seco el plastico reforzado con fibra de carbono y convierte una parte del componente de matriz en carbono fijo para unir el carbono fijo a las superficies de las fibras de carbono. El horno continuo esta provisto con un parte de transporte de malla que transporta las fibras de carbono unidas con el carbono fijo y un espacio de tratamiento por calor alargado en forma de tunel, y calienta continuamente las fibras de carbono unidas con el carbono fijo para eliminar una parte del carbono fijo. El dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas de la presente invencion esta caracterizado porque se ha proporcionado un generador de vapor a los hornos de destilacion en seco-carbonizacion y se alimenta vapor a 100 °C o mas y a 700 °C o menos a la camara de destilacion en seco-carbonizacion.
El carbono fijo significa un contenido de carbono obtenido por carbonizacion de una parte de un componente de matriz por calentamiento y permanencia en una forma de polvo, o similar. Este carbono fijo esta unido a las superficies de fibras de carbono, aumentando de este modo un grado de enredo (agregacion) entre fibras de carbono recicladas respectivas unas con otras y formando facilmente un bloque tal como un haz. Por lo tanto, se suprime una posibilidad de dispersion facil por viento, y similar, y la facilidad de manejo resulta asf preferible. Ademas, cuando una relacion del carbono restante del carbono fijo es alta, el carbono restante funciona como un tipo de aglutinante que une estrechamente las fibras de carbono recicladas unas con otras y un grado de un bloque puede resultar mayor en algunos casos.
La destilacion en seco significa, calentar plastico reforzado con fibra de carbono en un estado sin oxfgeno (denominado “cocido”) cargando plastico reforzado con fibra de carbono en una camara de destilacion en seco-carbonizacion en un horno de destilacion en seco-carbonizacion de tipo en lotes en el que se establece una temperatura de calentamiento a 400 °C o mas que ha de ser cerrada hermeticamente y que alimenta calor radiante desde una camara de combustion
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donde se enciende un quemador. Sustancias con bajos puntos de ebullicion, humedad, o similares, que estan contenidas en plastico reforzado con fibra de carbono, son gasificadas y carbonizadas por calentamiento. Por consiguiente, se puede acortar un tiempo para eliminar el carbono fijo por calentamiento, lo que es llevado a cabo sucesivamente por un horno continuo. Ademas, previamente se puede mantener constante un contenido carbonizado de plastico reforzado con fibra de carbono por la operacion de destilacion en seco, se estabilizan las condiciones de calentamiento y se puede conseguir asf una eficiencia energetica preferible de un dispositivo de fabricacion completo.
Se promueve la conveccion en la camara de destilacion en seco-carbonizacion alimentando vapor a 100 °C o mas y a 700 °C o menos desde un generador de vapor a la camara de destilacion en seco-carbonizacion, un gas (en lo sucesivo, tambien denominado como gas de destilacion en seco) de un componente de matriz generado en la camara de destilacion en seco-carbonizacion por destilacion en seco puede ser alimentado de manera eficaz a un quemador. Como resultado, dado que un gas de destilacion en seco puede ser quemado de manera estable, puede ser posible suprimir un coste de combustible. Ademas, el deposito de oxfgeno fijo obtenido convirtiendo un componente de matriz en el suelo y pared en la camara de destilacion en seco-carbonizacion y se puede impedir que se produzca la generacion de alquitran en una tubena de combustion de gas por un gas de destilacion en seco. En este documento, no es preferible la alimentacion de vapor calentado a una temperatura que sobrepasa los 700 °C ya que la carga es proporcionada a la camara de destilacion en seco-carbonizacion y a la tubena. Ademas, no es preferible la alimentacion de vapor a una temperatura alta tal como 800 °C o mas ya que existe una posibilidad de causar descomposicion o degradacion de tipos espedficos de fibras de carbono.
En el dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas de la presente invencion, un generador de vapor alimenta preferiblemente vapor sobrecalentado a 500 °C o mas y a 700 °C o menos a la camara de destilacion en seco- carbonizacion. El vapor sobrecalentado permite calentar directamente, de manera uniforme el interior de la camara de destilacion en seco-carbonizacion. Como resultado, resulta posible generar mas rapidamente un gas de destilacion en seco y promover de manera eficaz la destilacion en seco.
En el dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas de la presente invencion, se han previsto dos hornos de destilacion en seco-carbonizacion, y el dispositivo puede estar provisto con una tubena de derivacion que alimenta vapor sobrecalentado a una camara de destilacion en seco-carbonizacion en el otro horno de destilacion en seco-carbonizacion desde un generador de vapor en un horno de destilacion en seco-carbonizacion, y una tubena de derivacion que alimenta vapor sobrecalentado a una camara de destilacion en seco-carbonizacion en un horno de destilacion en seco- carbonizacion desde un generador de vapor del otro horno de destilacion en seco-carbonizacion. El vapor sobrecalentado generado desde uno de los hornos de destilacion en seco-carbonizacion es alimentado como una fuente de calor que calienta una camara de destilacion en seco-carbonizacion en el otro horno de destilacion en seco- carbonizacion, reduciendo de este modo un coste de combustible para hacer posible producir fibras de carbono recicladas a un coste menor.
Ademas, en el dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas de la presente invencion, una camara de combustion en un horno de destilacion en seco-carbonizacion y un espacio de regeneracion en un horno continuo estan conectados con un trayecto resistente al calor, y gas de escape procedente del horno de destilacion en seco-carbonizacion puede ser alimentado como una fuente de calor del horno continuo. El calor de escape procedente del horno de destilacion en seco-carbonizacion es utilizado en el horno continuo, reduciendo de este modo un coste del combustible que se requiere para calentar para hacer posible producir fibras de carbono recicladas a un coste menor.
El metodo para fabricar fibras de carbono recicladas de la presente invencion esta caracterizado por tener una operacion de destilacion en seco y una operacion de eliminacion de calor. En la operacion de destilacion en seco, mientras se alimenta vapor a 100 °C o mas y a 700 °C o menos por un horno de destilacion en seco-carbonizacion, se destila en seco plastico reforzado con fibra de carbono y se convierte una parte de un componente de matriz en carbono fijo para unirlo a superficies de fibras de carbono. En la operacion de eliminacion de calor, se calientan las fibras de carbono transportadas y se elimina una parte del carbono fijo unido en el espacio de regeneracion del horno continuo.
En este documento, el horno continuo significa un horno que tiene un espacio de regeneracion alargado en forma de tunel construido en el interior del mismo que utiliza un material resistente al fuego, por ejemplo, ladrillos, y el horno continuo puede calentar fibras de carbono unidas con carbono fijo a la superficie del mismo en una zona de calentamiento del espacio de regeneracion y permite asf la fabricacion de fibras de carbono recicladas. En este proceso, para el transporte de fibras de carbono unidas con carbono fijo a las superficies del mismo al espacio de regeneracion, se pueden adoptar una parte de transporte tal como el denominado “horno de solera sobre rodillos” en el que hay previstos varios rodillos en paralelo, una parte de transporte de malla que hace girar la cinta de malla, y similares.
EFECTO DE LA INVENCION
El dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas de la presente invencion tiene un horno de destilacion en seco- carbonizacion que puede convertir una parte de un componente de matriz de plastico reforzado con fibra de carbono en carbono fijo y permitir al carbono fijo unirse a las superficies de fibras de carbono. Este horno de destilacion en seco- carbonizacion promueve la conveccion en la camara de destilacion en seco-carbonizacion alimentando vapor a 100 °C o mas y a 700 °C o menos generado en un generador de vapor a la camara de destilacion en seco-carbonizacion,
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haciendo posible de este modo expulsar de manera eficaz un gas de destilacion en seco generado por destilacion en seco en la camara de destilacion en seco-carbonizacion a un dispositivo de combustion. Como resultado, el gas de destilacion en seco puede ser quemado de manera estable, y ademas, el deposito de carbono fijo obtenido convirtiendo un componente de matriz en el suelo y la pared en la camara de destilacion en seco-carbonizacion y se puede impedir que ocurra la generacion de alquitran en una tubena de combustion por el gas de destilacion en seco. Es decir, mediante la alimentacion de vapor a 100 °C o mas y a 700 °C o menos a la camara de destilacion en seco-carbonizacion, se pueden estabilizar las condiciones de calentamiento y se puede conseguir la eficiencia energetica preferible del dispositivo de fabricacion completo.
El dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas de la presente invencion puede calentar directamente, de manera uniforme el inferior de la camara de destilacion en seco-carbonizacion alimentando vapor sobrecalentado a 500 °C o mas y a 700 °C o menos a la camara de destilacion en seco-carbonizacion. Dado que el vapor sobrecalentado alimentado esta a una temperatura tal como 500 °C o mas y 700 °C o menos, no se provoca la disminucion de temperatura en la camara de destilacion en seco-carbonizacion y se puede generar asf de manera mas rapida un gas de destilacion en seco. Como resultado, dado que el gas de destilacion en seco puede ser utilizado rapidamente como combustible para la camara de combustion, se puede promover de manera mas eficaz la destilacion en seco.
En el dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas de la presente invencion, se han previsto dos hornos de destilacion en seco-carbonizacion, y se puede prever una tubena de derivacion que alimenta vapor sobrecalentado a una camara de destilacion en seco-carbonizacion en el otro horno de destilacion en seco-carbonizacion desde un generador de vapor en un horno de destilacion en seco-carbonizacion y se puede prever una tubena de derivacion que alimenta vapor sobrecalentado a una camara de destilacion en seco-carbonizacion en un horno de destilacion en seco- carbonizacion desde un generador de vapor en el otro horno de destilacion en seco-carbonizacion. El vapor sobrecalentado generado desde uno de los hornos de destilacion en seco-carbonizacion es alimentado como una fuente de calor que calienta una camara de destilacion en seco-carbonizacion en el otro horno de destilacion en seco- carbonizacion, haciendo posible de este modo reducir un coste de combustible. Ademas, se puede realizar una reduccion adicional del coste de combustible alimentando calor de escape de un horno de destilacion en seco- carbonizacion a una zona de sobrecalentamiento en un horno continuo.
El metodo para fabricar fibras de carbono recicladas de la presente invencion puede producir fibras de carbono recicladas introduciendo fibras de carbono unidas con una parte de un componente de matriz a un horno continuo. Por consiguiente, una parte de un componente de matriz permanece como carbon fijo, permitiendo de este modo una facilidad de manejo preferible de fibras de carbono recicladas.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La fig. 1 es una vista frontal que muestra una construccion esquematica del horno 101 de destilacion en seco- carbonizacion que es una parte del dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas del Ejemplo 1 de la presente invencion.
La fig. 2 es una vista frontal que muestra una construccion esquematica del horno 201 de destilacion en seco- carbonizacion que es una parte del dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas del Ejemplo 2 de la presente invencion.
La fig. 3 es una vista que muestra una variacion en el tiempo de temperaturas en el horno cuando es alimentado vapor a 100 °C al horno 101 de destilacion en seco-carbonizacion de gran tamano de acuerdo con la presente invencion.
La fig. 4 es una vista que muestra una variacion en el tiempo de temperaturas en el horno cuando es alimentado vapor a 100 °C al horno 101 de destilacion en seco-carbonizacion de acuerdo con la presente invencion.
La fig. 5 es una vista que muestra una variacion en el tiempo de temperaturas en el horno cuando es alimentado vapor a 500 °C al horno 201 de destilacion en seco-carbonizacion de acuerdo con la presente invencion.
La fig. 6 es una vista aclarativa que muestra una construccion esquematica de un horno continuo 26 en el dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas 100 de acuerdo con la presente invencion.
La fig. 7 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo del metodo para fabricar fibras de carbono recicladas 8 de acuerdo con la presente invencion.
La fig. 8 es una vista que muestra los resultados de la prueba de intensidad de las fibras de carbono recicladas 8 de acuerdo con la presente invencion.
La fig. 9 es una vista que muestra esquematicamente la distribucion de temperatura de una camara de destilacion en seco-carbonizacion cuando dos hornos de destilacion en seco-carbonizacion fueron accionados alternativamente.
La fig. 10 es un diagrama de construccion esquematico que muestra un estado de conexion de dos hornos de destilacion en seco-carbonizacion del Ejemplo 3 de la presente invencion con una tubena de derivacion.
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La fig. 11 es un diagrama de construccion esquematico que muestra un estado de conexion de las camaras de combustion de dos hornos de destilacion en seco-carbonizacion del Ejemplo 4 de la presente invencion a un horno continuo con un trayecto resistente al calor.
La fig. 12 es un diagrama de construccion esquematico que muestra un estado de conexion de una camara de combustion de un horno de destilacion en seco-carbonizacion del Ejemplo 5 de la presente invencion a un horno continuo con un trayecto resistente al calor.
MODO PARA PONER EN PRACTICA LA INVENCION
En lo que sigue, se describiran realizaciones preferidas de los dispositivos 100 y 200 para fabricar fibras de carbono recicladas y del metodo 1 para fabricar fibras de carbono recicladas (en lo sucesivo denominados simplemente como el “dispositivo de fabricacion 100”, el “dispositivo de fabricacion 200” y el “metodo de fabricacion 1”) de acuerdo con la invencion con referencia a los dibujos.
Se enumeraran las realizaciones preferidas de los dispositivos 100 y 200 para fabricar fibras de carbono recicladas y del metodo 1 para fabricar fibras de carbono recicladas de las presentes realizaciones. El plastico 40 reforzado con fibra de carbono que es un material fuente de las fibras de carbono recicladas 8 es obtenido recuperando las sustancias finales de molienda, y similares (que incluyen el preimpregnado antes del horneado), lo que es generado a partir de una instalacion para fabricar un producto que utiliza plastico reforzado con fibra de carbono, y el plastico reforzado con fibra de carbono se supone principalmente que tiene una forma de lamina. Dado que las sustancias finales de molienda recuperadas, y similares contienen papel y otras materias extranas, se utilizan los materiales obtenidos por la puesta en practica de la operacion de eliminacion preliminar tal como la eliminacion de estas materias extranas con las manos. El plastico 40 reforzado con fibra de carbono sera denominado tambien como CFRP 40 en lo que sigue.
La fig. 1 muestra una construccion esquematica del horno 101 de destilacion en seco-carbonizacion que es una parte del dispositivo 100 para fabricar fibras de carbono recicladas. La fig. 2 muestra una construccion esquematica del horno 201 de destilacion en seco-carbonizacion que es una parte del dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas 200. Se describiran construcciones comunes a los hornos 101 y 201 de destilacion en seco-carbonizacion en los dispositivos de fabricacion 100 y 200. Los hornos 101 y 201 de destilacion en seco-carbonizacion tienen cuerpos principales 105 y 205 en forma de caja que tienen aberturas a las que estan unidas puertas de cierre hermetico no mostradas en los lados frontales, las camaras 102 de destilacion en seco-carbonizacion en el interior de los cuerpos principales, y las camaras de combustion 103 y 203 previstas en las partes inferiores de las camaras 102 de destilacion en seco-carbonizacion. Las camaras de calentamiento 115 y 215 estan formadas en espacios entre los cuerpos principales 105 y 205 y las camaras 102 de destilacion en seco-carbonizacion. Todas las paredes externas de los cuerpos principales 105 y 205 y las camaras 102 de destilacion en seco-carbonizacion estan formadas con metal resistente al calor. Las camaras 102 de destilacion en seco-carbonizacion estan provistas con aberturas en una posicion de union de las aberturas de los cuerpos principales 105 y 205, y las camaras 102 de destilacion en seco-carbonizacion y las camaras de calentamiento 115 y 215 puede ser cerradas hermeticamente de manera simultanea cerrando las puertas de cierre hermetico de los cuerpos principales 105 y 205.
Los dispositivos 100 y 200 estan cada uno provisto con una tubena 107 de combustion de gas que conecta el interior de la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion y el quemador 104. Un gas de destilacion en seco generado por destilacion en seco es alimentado al quemador 104 pasando a traves de la tubena 107 de combustion de gas y es quemado. El calor de combustion del gas de destilacion en seco es utilizado para aumentar la temperatura y para mantener la temperatura en la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion. Ademas de lo anterior, los dispositivos 100 y 200 tienen cada uno un conducto 108 de descarga de aire caliente que conecta respectivamente una camara de calentamiento 115 y una camara de combustion 103. El conducto 108 de descarga de aire caliente esta provisto con un amortiguador 109 en cada paso a la camara de calentamiento 102 y la camara de combustion 103, y el calor excesivo es descargado de manera adecuada al exterior para ajustar asf una temperatura. Por consiguiente, la temperatura en la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion es mantenida dentro del intervalo de aproximadamente 400 °C a aproximadamente 650 °C.
El CFRP 40 es dispuesto sobre bandejas 110 resistentes al calor. Las bandejas 110 resistentes al calor se apilan sobre un estante 111 resistente al calor en un estado de tener intervalos entre sf y alojadas en la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion. Cuando una puerta de cierre hermetico esta cerrada, la camara 102 de destilacion en seco- carbonizacion esta en un estado de ser cerrada hermeticamente y la destilacion en seco-carbonizacion puede ser puesta en practica sin oxfgeno. Un componente de matriz en el CFRP 40 es descompone parcialmente en un gas tal como hidrocarburo por destilacion en seco-carbonizacion. Durante la descomposicion se carboniza una parte del componente de matriz para convertirse en una forma de polvo, o similar, y permanece sobre superficies de fibras de carbono.
A continuacion, se describira un horno continuo 26 con referencia a la fig. 6. Un cuerpo principal de horno continuo 26 que tiene un espacio 2 de regeneracion alargado en forma de tunel construido en el interior que utiliza un ladrillo resistente al calor que es un material resistente al fuego esta provisto con una cinta 4 de malla, una parte 6 de transporte de malla, una parte 7 de eliminacion de calor, y una parte 9 de refrigeracion. La cinta 4 de malla esta prevista como penetrando a traves del cuerpo principal 3 del horno. La parte 6 de transporte de malla soporta la cinta 4 de malla y
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tambien tiene varios rodillos 5 giratorios que pueden girar alrededor del eje. La parte 7 de eliminacion de calor esta prevista en una zona central en la zona de calentamiento HZ fuera de las tres zonas en las que esta dividido el espacio 2 de regeneracion. La parte 9 de refrigeracion esta prevista en la zona de refrigeracion CZ en el lado de transporte aguas abajo de la zona de calentamiento HZ, y las fibras de carbono recicladas 8 producidas se enfnan lentamente cercanas a la temperature ambiente. Las fibras de carbono unidas con el carbono fijo, que son colocadas sobre la cinta 4 de malla, son transportadas a lo largo de la direccion de transporte (direccion mostrada por la flecha A en la fig. 6), e introducidas en el espacio 2 de regeneracion desde una entrada 16 de introduccion abierta al horno continuo 26 en el lado de transporte aguas arriba y descargadas adicionalmente al exterior del espacio 2 de regeneracion desde un orificio de ventilacion 17 abierto al lado de transporte aguas abajo.
En este documento, se establecen tres zonas en el espacio 2 de regeneracion entre la entrada 16 de introduccion y el orificio de ventilacion 17 como se ha descrito anteriormente. Descrito mas espedficamente, el espacio 2 de regeneracion esta dividido en tres zonas: una zona de calentamiento preliminar PZ para calentar de manera gradual las fibras de carbono unidas con el carbono fijo a lo largo de un gradiente de temperature que es ajustado previamente de modo que alcance una temperatura de calentamiento predeterminada (por ejemplo, 550 °C) a partir de una temperatura cercana a la temperatura ambiente; la zona de calentamiento HZ para mantener directamente la temperatura de calentamiento alcanzada en la zona de calentamiento preliminar PZ, calentar las fibras de carbono unidas con carbono fijo y descomponer termicamente una parte del carbono fijo para generar fibras de carbono recicladas 8, que estan previstas en el lado de transporte aguas abajo de la zona de calentamiento preliminar PZ; y la zona de refrigeracion CZ para enfriar las fibras de carbono recicladas 8 despues de un tratamiento de regeneracion cerca de la temperatura ambiente, que esta prevista en el lado de transporte aguas abajo de la zona de calentamiento HZ. Indicar que cuando un gradiente de temperatura no es necesario para calentar, la zona de calentamiento preliminar HZ (parte 11 de calentamiento preliminar) puede ser eliminada.
Una parte 6 de transporte de malla que tiene la cinta 4 de malla constituida con un miembro de malla incluye construcciones conocidas tales como un motor de accionamiento giratorio que genera fuerza de giro para hacer girar los rodillos 5 giratorios y un mecanismo de transmision giratorio para transmitir la fuerza de giro a los rodillos 5 giratorios, ademas de construcciones tales como la cinta 4 de malla y varios rodillos 5 giratorios que se han descrito anteriormente, y los detalles de los mismos son omitidos en este documento. Ademas, la parte 7 de eliminacion de calor y la parte 11 de calentamiento preliminar estan interpuestas entre la cinta superior 18 ubicada en el lado superior de la cinta 4 de malla circular y la cinta inferior 19 ubicada en el lado de abajo y tienen cada una un generador de calor 21 previsto correspondiente a la superficie interna 20 de la cinta de la cinta superior 18. Por consiguiente, se alimenta una corriente electrica al generador de calor 21 para generar calor de registro y el calor se puede anadir asf desde el lado inferior a fibras de carbono unidas con el carbono fijo sobre sus superficies, que son colocadas sobre la superficie 18a de cinta de la cinta superior 18 y transportadas a la zona de calentamiento preliminar PZ y a la zona de calentamiento HZ. Indicar que la parte 6 de transporte de malla tiene construcciones tales como una parte de alimentacion de corriente electrica para proporcionar una corriente electrica al generador de calor 21, un mecanismo de ajuste de corriente electrica para ajustar un valor de corriente electrica alimentado y controlar resistente generado, y sensores de medicion de temperatura que miden una temperatura en la posicion, sensores de oxfgeno y sensores de concentracion de monoxido de carbono que estan previstos en varios sitios de cada una de la zona de calentamiento preliminar PZ y la zona de calentamiento Hz, pero sus dibujos se han omitido en este documento.
Por otra parte, la parte 9 de refrigeracion prevista en la zona de refrigeracion CZ es para enfriar lentamente fibras de carbono recicladas 8 en las que una parte del carbon fijo unido sobre las superficies en la zona de calentamiento HZ se descompone termicamente y disminuir una temperatura a un nivel en el que un operador puede recuperar las fibras de carbono recicladas en la operacion de ser descargadas desde el orificio de ventilacion 17. En el caso de la realizacion actual, se ha previsto una parte 22 de envfo de aire para enviar forzosamente aire de refrigeracion (aire externo) a la zona de refrigeracion CZ en la direccion hacia el lado de transporte agua abajo desde la proximidad del orificio de ventilacion 17. Ademas, en la zona de refrigeracion CZ en el horno continuo 3, varias entradas continuas 23 que estan abiertas al lado superior de modo que comuniquen con el espacio 2 de regeneracion son enviadas y las entradas continuas 23 y un conducto 24 de entrada de aire estan conectados. Por consiguiente, el aire enviado forzosamente es desparramado con el intercambio de calor estando en contacto con fibras de carbono recicladas 8 de alta temperatura en la zona de refrigeracion CZ, una parte del aire (por ejemplo, aproximadamente el 60%) es descargada a traves de las entradas continuas 23 y del conducto 24 de entrada de aire al exterior del horno continuo 3, y el aire restante (por ejemplo, aproximadamente el 40%) es hecho fluir a la zona de calentamiento HZ en el lado de transporte aguas arriba.
A continuacion, se describira una realizacion preferible del metodo de fabricacion 1 con referencia al diagrama de flujo en la fig. 7. En la operacion de destilacion en seco S1, el CFRP 40 es colocado sobre un estante 111 resistente al calor de una camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion en los hornos 101 y 201 de destilacion en seco-carbonizacion en el estado de estar alojado en bandejas 110. Manteniendo un estado sin oxfgeno a una temperatura alta, una parte de las sustancias con puntos de ebullicion bajos y un componente de matriz, que estan contenidos en el CFRp 40, son destilados en seco. Un ejemplo de la operacion de destilacion en seco de la presente realizacion incluye ajustar una temperatura de carbonizacion por el horno 101 y 201 de destilacion en seco-carbonizacion a 550 °C y mantener la temperatura durante 8 horas. Las temperaturas de los hornos 101 y 201 de destilacion en seco-carbonizacion son aumentadas encendiendo el quemador 104 alimentado con combustibles en el momento de iniciar la operacion. Cuando
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la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion llega a una temperature suficientemente alta, una sustancia con un punto de ebullicion bajo en el CFRP 40 vaporiza y se generan ademas gases de hidrogeno carbonizados tales como metano y benceno. Estos gases son introducidos como gases de destilacion en seco en el quemador 104 y quemados para contribuir al mantenimiento de temperatures de los hornos 101 y 201 de destilacion en seco-carbonizacion. Por otra parte, una parte de un componente de matriz es convertida en el carbono fijo y unida a las superficies de carbono fijo. En la realizacion preferible, se ajusta una relacion de carbono residual de fibras de carbono obtenida en la operacion de destilacion en seco S1 desde aproximadamente el 10% a aproximadamente el 12% con respecto al peso inicial del componente de matriz. Ajustar la relacion de carbono residual hace posible estabilizar las condiciones de calentamiento en eliminar calor del carbono fijo, lo que es realizado sucesivamente.
En la operacion de destilacion en seco S1 en el metodo de fabricacion 1, se genera vapor a 100 °C o mas y a 700 °C o menos en un generador de vapor y se alimenta a una camara de destilacion en seco-carbonizacion. Mediante la alimentacion de vapor, se puede promover la conveccion en la camara de destilacion en seco-carbonizacion y, se puede expulsar de manera efectiva un gas de destilacion en seco generado por destilacion en seco en la camara de destilacion en seco-carbonizacion a un dispositivo de combustion. Los efectos en caso de anadir vapor a 100 °C y vapor a 500 °C se describiran espedficamente en los ejemplos.
El plastico reforzado con fibra de carbono despues de completar la operacion de destilacion en seco S1 tiene una forma de fibras de carbono 25 unidas con carbono fijo sobre las superficies. En lo que sigue, el plastico reforzado con fibra de carbono despues de completar el tratamiento por la operacion de destilacion en seco tambien es denominado como CFRP 25 despues de la destilacion en seco. Incluso aunque el CFRP 25 despues de la destilacion en seco tiene un volumen menor en comparacion con el CFRP 25 antes de la destilacion en seco debido a la generacion de un gas de hidrogeno carbonizado, y similar, en la operacion de destilacion en seco, aun mantiene una forma antes de la destilacion en seco. Por otra parte, debido a la union del carbono fijo a las superficies de fibras de carbono, se agregan fibras de carbono respectivas para hacerse mas duras que las fibras de carbono antes de la destilacion en seco.
A continuacion, con el fin de introducir el CFRP 25 despues de la destilacion en seco al horno continuo 26, se pone en practica una operacion de cortar el CFRP 25 despues de la destilacion en seco a un tamano predeterminado (operacion de corte S2).
Luego, el corte de CFRP 25 despues de la destilacion en seco es colocado sobre la cinta 4 de malla ubicada junto a la entrada 16 de introduccion en un espacio de relleno 31. Una parte 6 de transporte de malla es accionada para transferir asf el CFRP 25 despues de la destilacion en seco colocado sobre la cinta superior 18 de la cina 4 de malla en la direccion horizontal (operacion de transporte S3). Una velocidad de transferencia de la cinta 4 de malla, es decir, una velocidad de transporte de CFRP 25 despues de la destilacion en seco es ajustada a, por ejemplo, a 12,2 m/h (= 0,20 m/min). Indicar que en el horno continuo 26 utilizado en la presente realizacion, una distancia interna del horno desde la entrada 16 de introduccion al orificio de ventilacion 17 en el cuerpo principal 3 del horno es ajustada a 26,5 m; por otra parte, la longitud total desde el extremo aguas arriba 4a al extremo aguas abajo 4b es ajustada a 35,0 m. Por lo tanto, tarda 130 minutos en transportar el CFRP 25 despues de introducir la destilacion en seco en el espacio 2 de regeneracion desde la entrada 16 de introduccion para ser descargado desde el orificio de ventilacion 17. Durante el transporte, se prolonga un tiempo de retencion de CFRP 25 despues de la destilacion en seco en el espacio 2 de regeneracion y se reduce significativamente la eficiencia operacional.
El CFRP 25 despues de la destilacion en seco que alcanza la zona de calentamiento HZ es calentado con el fin de eliminar termicamente una parte de carbono fijo unido a fibras de carbono en el espacio 2 de regeneracion bajo una atmosfera de oxfgeno (operacion de eliminacion de calor S4). En este documento, la temperatura de calentamiento en la zona de calentamiento Hz es ajustada a 550 °C en la presente realizacion, pero puede ser ajustada a una temperatura alta tal como aproximadamente 600 °C. Durante el calentamiento, las fibras de carbono de CFRP 25 despues de la destilacion en seco no se gasifican bajo una atmosfera de oxfgeno a menos que una temperatura de calentamiento sea de 800 °C a 850 °C o superior. Como resultado, solo se elimina termicamente una parte del carbono fijo derivado de un componente de matriz por una reaccion de oxidacion para producir asf fibras de carbono recicladas 8. Al calentar, ajustando una temperatura de calentamiento en la zona de calentamiento HZ, una distancia (longitud) en la zona de calentamiento HZ, y una velocidad de transporte, el CFRP 25 es ajustado para alcanzar la zona de refrigeracion CZ hasta que no se elimina completamente un producto carbonizado del componente de matriz. Como resultado, las superficies de las fibras de carbono recicladas 8 estan unidas con el producto carbonizado del componente de matriz, es decir, carbono fijo.
Luego, dado que las fibras de carbono recicladas 8 que alcanzan la zona de refrigeracion CZ no reciben calor desde el generador de calor 21 en la parte de eliminacion de calor 7, las fibras de carbono recicladas 8 liberan calor de manera gradual y son enfriadas lentamente mientras son transportadas a lo largo de la cinta 4 de malla (operacion de refrigeracion S5). En esta operacion, un aire externo es enviado por una parte 22 de envfo de aire desde el lado de transporte aguas abajo, de modo que las fibras de carbono recicladas 8 que estan en contacto con el aire externo tienen un gradiente radical adicional de disminucion de temperatura, e incluso cuando la zona de refrigeracion CZ es establecida corta, se puede obtener un efecto de refrigeracion suficiente. Indicar que dado que el carbono fijo esta unido a las fibras de carbono recicladas 8, las fibras de carbono recicladas 8 no se alejan facilmente por un aire externo por la parte 22 de envfo de aire en comparacion con fibras de carbono recicladas de las que se ha eliminado completamente un
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componente de matriz. Un aire externo enviado a la zona de refrigeracion CZ esta en contacto con las fibras de carbono recicladas 8 que tienen aun una temperature alta y son calentadas con intercambio de calor. Como resultado, una parte del aire externo es absorbida desde el conducto 24 de entrada de aire y descargada al exterior del horno continuo 26. Por otra parte, una parte de los residuos alcanza la zona de calentamiento HZ. En este proceso, un aire externo contiene oxfgeno y se consume para una reaccion de oxidacion con el fin de gasificar un producto carbonizado derivado de un componente de matriz.
Despues de eso, las fibras de carbono recicladas 8 alcanzan el final del espacio 2 de regeneracion y las fibras de carbono recicladas 8 suficientemente enfriadas son descargadas desde el orificio de ventilacion 17 (operacion S6).
Como se ha explicado anteriormente, de acuerdo con el metodo de fabricacion 1 de la presente realizacion, el CFRP 40 que es un material fuente es destilado en seco en los hornos 101 y 201 de destilacion en seco-carbonizacion, el CFRP 25 despues de la destilacion en seco es colocado sobre la cinta de malla en el lado de transporte aguas arriba y transportado a una velocidad de transporte predeterminada, se descompone termicamente un producto carbonizado de un componente de matriz en el espacio 2 de regeneracion mientras que permanece una parte del producto carbonizado; por lo tanto, solo se puede eliminar selectivamente el componente de matriz del CFRP 25 despues de la destilacion en seco y se pueden regenerar las fibras de carbono recicladas 8 que no se alejaran facilmente por el viento, y similares.
En el dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas y el metodo para fabricar fibras de carbono recicladas de la presente realizacion, el CFRP 40 que ha de ser tratado se supone que es el CFRP obtenido utilizando, por ejemplo, fibras de carbono basadas en poliacrilonitrilo (fibras de carbono basadas en PAN) como un componente de relleno y una resina epoxi, o similar como un componente de matriz, y no estan limitados a las mismas. En este caso, una relacion de peso de un componente de matriz ocupado en CFRP 40 es de manera general aproximadamente el 60% en peso. En este documento, una resina epoxi, o similar, que es un componente de matriz se descompone termicamente a una temperatura de calentamiento inferior (por ejemplo, alrededor de 400 °C a 600 °C) en comparacion con una temperatura de descomposicion de calentamiento (por ejemplo, alrededor de 850 °C) de una fibra de carbono que es un componente de relleno, y tiene una propiedad de gasificacion. De la misma manera, el carbono fijo derivado de un componente de matriz tambien es gasificado aproximadamente a la misma temperatura.
Indicar que una resina utilizada como un componente de matriz no esta limitada a la resina epoxi descrita anteriormente, y ejemplos de la misma incluyen una resina de polipropileno, una resina de polietileno, una resina de metacrilato de polimetilo, una resina de poliester saturada, y una resina de policarbonato como resinas termoplasticas. Ademas, los ejemplos incluyen una resina de poliester no saturada, una resina de fenol, y una resina de ester vimlico como resinas termoendurecibles, diferentes de las resinas epoxi.
El CFRP 40 que contiene una resina termoendurecible como un componente de matriz tiene una posibilidad de adherirse intensamente a fibras de carbono que han de ser regeneradas por una reaccion termoendurecible de una resina cuando es calentada directamente. Por lo tanto, tal CFRP 40 es calentado de manera gradual para aumentar suavemente una temperatura, haciendo posible de este modo causar una gasificacion o una reaccion de combustion, y asf se puede aplicar el metodo de fabricacion y el dispositivo de fabricacion de la presente realizacion.
Un componente de matriz vaporizado en una camara de destilacion en seco-carbonizacion de un horno de destilacion en seco-carbonizacion es alimentado a un quemador 104 como un gas de destilacion en seco y es quemado. Dado que muchos tipos de resinas tiene una gran cantidad de generacion de calor durante el quemado, un gas de destilacion en seco esta en un estado de combustion autogena en el horno 201 de destilacion en seco-carbonizacion desde el momento inmediatamente despues de que la temperatura en el horno alcance 500 °C hasta completar la operacion de destilacion en seco y no son necesarios otros combustibles tales como queroseno para mantener la temperatura en el horno. Como resultado, se puede conseguir una disminucion significativa de la energfa en uso.
Ejemplo 1
En el presente ejemplo, se describiran espedficamente las fibras de carbono recicladas 8 producidas en un metodo de fabricacion en el que se alimenta vapor a 100 °C a una camara de destilacion en seco-carbonizacion en un horno de destilacion en seco-carbonizacion en la operacion de destilacion en seco (operacion S1) y aproximadamente el 3% del carbono fijo permanece en la operacion de eliminacion de calor S4. La fig. 1 muestra una construccion del horno 101 de destilacion en seco-carbonizacion en el dispositivo de fabricacion 100 de acuerdo con el ejemplo. La construccion del horno continuo 26 y las operaciones de produccion desde la operacion S2 a la operacion S6 que se refieren al horno continuo 26 son como se describe en las realizaciones y, por lo tanto, se omiten explicaciones repetidas.
El horno 101 de destilacion en seco-carbonizacion esta provisto con un cuerpo principal 105 en forma de caja, una camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion (caja de carbonizacion 102) prevista en el interior del cuerpo principal 105, y una camara de combustion 103 prevista en la parte inferior de la camara 102 de destilacion en seco- carbonizacion. Se forma una camara de calentamiento 115 en el espacio entre el cuerpo principal 105 y la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion. En el presente ejemplo, se ha previsto un sensor 141 de medicion de temperatura en la camara de combustion. Tambien se ha previsto un sensor 142 de medicion de temperatura en la pared interior de la camara de calentamiento 115. Ademas, se ha previsto un sensor 143 de medicion de temperatura en la parte superior de
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la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion y se ha previsto un sensor 144 de medicion de temperature en la parte inferior de la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion.
El horno 101 de destilacion en seco-carbonizacion tiene tambien una caldera externa 112 y una tuberfa de vapor 113 que comunica la caldera externa 112 con la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion. Cuando se inicia la operacion de destilacion en seco S1 y en el momento en el que la temperature en la camara 102 de destilacion en seco- carbonizacion sobrepasa los 100 °C, se alimenta vapor a 100 °C desde la caldera externa 112 a traves de la tuberfa de vapor 113. Se continua con la alimentacion de vapor hasta que se complete la destilacion en seco y se inicie la refrigeracion.
La fig. 4 muestra un cambio de temperatura en el interior del horno 101 de destilacion en seco-carbonizacion durante la operacion de destilacion en seco de alimentar vapor a 100 °C. En este documento, el cambio de temperatura en el sensor 141 de medicion de temperatura en la camara de combustion se expresa por una lrnea continua del sfmbolo A, el cambio de temperatura en el sensor 142 de medicion de temperatura se expresa por una lrnea discontinua del sfmbolo B, el cambio de temperatura en el sensor 143 de medicion de temperatura en la parte superior de la camara de destilacion en seco-carbonizacion se expresa por una lrnea encadenada de dos puntos del sfmbolo C, y el cambio de temperatura en el sensor 144 de medicion de temperatura en la parte inferior de la camara de destilacion en seco- carbonizacion se expresa por una lrnea encadenada de un punto del sfmbolo D. Como se ha mostrado en la fig. 4, ajustando una temperatura objetivo a 800 °C en la camara de combustion, la temperatura de la camara de destilacion en seco-carbonizacion alcanzo 550 °C despues de aproximadamente 3 horas y alcanzo aproximadamente 630 °C como maximo. La temperatura en la camara de destilacion en seco-carbonizacion era de 607 °C como maximo durante la operacion de destilacion en seco S1. Ademas, la temperatura de la parte inferior del estante resistente al calor en la camara de destilacion en seco-carbonizacion fue de 420 °C como maximo. La finalizacion de la operacion de destilacion en seco se determino basandose en un caudal de un gas de destilacion en seco que fluyo desde la tuberfa 107 de combustion de gas en el presente ejemplo, y un tiempo requerido para la destilacion en seco fue 6 horas 30 minutos.
La fig. 3 muestra una relacion entre la distribucion de temperatura de un horno de destilacion en seco-carbonizacion y un momento en el que un vapor a 100 °C fue alimentado por un generador de vapor para producir fibras de carbono recicladas 8, utilizando un horno de destilacion en seco-carbonizacion con un gran volumen, que tiene dos camaras de destilacion en seco-carbonizacion. En este documento, una temperatura en la camara de combustion se expresa por una lrnea continua del sfmbolo A, y el cambio de temperatura en la camara de calentamiento se expresa por una lrnea discontinua del sfmbolo B. Los cambios de temperatura de las partes superiores de dos camaras de destilacion en seco- carbonizacion respectivas fueron medidos en un horno de destilacion en seco-carbonizacion mas grande y expresados por una lrnea encadenada de dos puntos del snribolo C y una lrnea encadenada de un punto del sfmbolo D. Como se ha mostrado en la fig. 3, una temperatura objetivo en la camara de combustion se ajusto a 900 °C, pero una temperatura en la camara de destilacion en seco-carbonizacion no alcanzo los 500 °C y se mantuvo aproximadamente de 400 °C a 450 °C. Una temperatura en la parte superior de la camara de destilacion en seco-carbonizacion fue de 380 °C como maximo durante la operacion de destilacion en seco S1. Sin embargo, la operacion de destilacion en seco podrfa proseguir alimentando vapor a 100 °C incluso en un horno de destilacion en seco-carbonizacion grande.
Se demostro la resistencia a la traccion de las fibras de carbono recicladas 8 en el presente ejemplo. Se puso en practica una prueba de traccion en el metodo de una prueba de traccion simple de acuerdo con el documento JIS R7606. El resultado se mostro en la fig. 8. La fig. 8(a) es un resultado de prueba de fibras de carbono vfrgenes como un ejemplo comparativo, y la fig. 8 (b) es un resultado de prueba de las fibras de carbono recicladas 8 producidas en el presente ejemplo. Las fibras de carbono recicladas 8 producidas en el presente ejemplo teman una variacion bastante pequena en una resistencia en comparacion con las fibras de carbono vfrgenes no utilizadas, y tema una resistencia del 80% de promedio con respecto a las fibras de carbono vfrgenes, y se revelo que se pueden utilizar las fibras de carbono recicladas 8.
Ejemplo 2
El dispositivo 200 para fabricar fibras de carbono recicladas 8 y el metodo para fabricar fibras de carbono recicladas 8 en el presente ejemplo estan caracterizado porque se alimenta vapor a 500 °C (vapor sobrecalentado) a una camara de destilacion en seco-carbonizacion en un horno de destilacion en seco-carbonizacion en la operacion de destilacion en seco S1. La fig. 2 muestra una construccion del horno 201 de destilacion en seco-carbonizacion en el dispositivo de fabricacion 200 de acuerdo con el ejemplo. Los mismos sfmbolos se proporcionan a los dispositivos y operaciones que tienen las mismas construcciones que en el Ejemplo 1 y se omiten las explicaciones repetidas.
El horno 201 de destilacion en seco-carbonizacion esta provisto con un cuerpo principal 205 en forma de caja, una camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion prevista en el interior del cuerpo principal 205, y una camara de combustion 203 prevista en la parte inferior de la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion. Se ha formado una camara de calentamiento 215 en el espacio entre el cuerpo principal 205 y la camara 102 de destilacion en seco- carbonizacion. El horno 201 de destilacion en seco-carbonizacion tambien tiene una caldera externa 212, un generador 213 de vapor sobrecalentado previsto en la camara de calentamiento 215, y una tuberfa de vapor 214 que es instalada desde la caldera externa 212 a traves del generador 213 de vapor sobrecalentado alcanzando el interior de la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion. El generador 213 de vapor sobrecalentado en el presente ejemplo es un
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intercambiador de calor. Cuando se inicia la operacion de destilacion en seco S1, se alimenta el vapor calentado previamente en la caldera externa 212 al generador 213 de vapor sobrecalentado y se sobrecalienta adicionalmente en la camara de calentamiento 215. En el momento en el que la temperature en la camara de calentamiento 215 sobrepasa los 500 °C, se alimenta vapor sobrecalentado a 500 °C a la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion procedente del generador 213 de vapor a traves de la tubena de vapor 214. Se continua con la alimentacion de vapor sobrecalentado hasta que se completa la destilacion en seco y se inicia la refrigeracion.
La fig. 5 muestra el cambio de temperatura dentro del horno 201 de destilacion en seco-carbonizacion durante la operacion de destilacion en seco de alimentar vapor sobrecalentado a 500 °C. En este documento, el cambio de temperatura en el sensor 141 de medicion de temperatura en la camara de combustion 203 se expresa por una lmea discontinua del sfmbolo A, el cambio de temperatura en el sensor 142 de medicion de temperatura en la camara de calentamiento 215 se expresa por una lmea discontinua del sfmbolo B, el cambio de temperatura en el sensor 142 de medicion de temperatura en la parte superior de la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion se expresa por una lmea encadenada de dos puntos del sfmbolo C, y el cambio de temperatura en el sensor 143 de medicion de temperatura en la parte inferior de la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion se expresa por una lmea encadenada de un punto del sfmbolo D. Como se ha mostrado en la fig. 5, estableciendo una temperatura objetivo en la camara de combustion 203 a 800 °C, la temperatura de la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion alcanza 500 °C despues de aproximadamente 2,5 horas y alcanza aproximadamente 630 °C como maximo. La temperatura de la parte superior del estante resistente al calor en la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion fue de 566 °C como maximo durante la operacion de destilacion en seco S1. Ademas, la temperatura de la parte inferior del estante resistente al calor en la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion fue de 563 °C como maximo. El hecho significa que la temperatura en la camara 102 de destilacion en seco-carbonizacion aumenta mas rapida y uniformemente que en el Ejemplo 1. Como resultado, un tiempo requerido para la operacion de destilacion en seco S1 fue de aproximadamente 3 horas y 40 minutos. El tiempo requerido para la operacion de destilacion en seco en el Ejemplo 1 que utiliza vapor a 100 °C fue de 6 horas y 30 minutos, y asf, un efecto de acelerar la operacion debido a la utilizacion de vapor sobrecalentado es evidente.
Una de las razones principales para obtener tal efecto de acelerar la operacion es porque la temperatura en la camara 102 de destilacion en seco aumenta rapida y uniformemente debido a la alimentacion de vapor sobrecalentado y se genera un gas de destilacion en seco durante un tiempo corto desde el inicio de la destilacion en seco. Se alimenta un gas de destilacion en seco a un quemador 104 a traves de una tubena 107 de combustion de gas para ser utilizado como un combustible. El horno 201 de destilacion en seco-carbonizacion estaba en un estado de combustion autogena desde el momento inmediatamente despues en que la temperatura en el horno alcanzo los 500 °C hasta la finalizacion de la operacion de destilacion en seco y otros combustibles distintos del gas de destilacion en seco no fueron necesarios en el presente ejemplo, lo que permitio asf la disminucion de un tiempo requerido para la operacion.
Ejemplo 3
Se utilizan dos hornos 210a y 201b de destilacion en seco-carbonizacion en el presente ejemplo, como se ha mostrado en la fig. 10. Se proporcionan los mismos snmbolos a dispositivos que tiene las mismas construcciones que en el Ejemplo 2 y se omiten las explicaciones repetidas. Un generador de vapor en el horno 201a de destilacion en seco-carbonizacion esta provisto con una tubena de vapor 226a que alcanza una camara 102a de destilacion en seco-carbonizacion a traves de un generador 224a de vapor sobrecalentado. La tubena de vapor 226a tiene una tubena de derivacion 227a que se desvfa en la parte frontal de la camara 102a de destilacion en seco-carbonizacion. Se instala la tubena de derivacion 227a en la camara 102b de destilacion en seco-carbonizacion en el otro horno 201b de destilacion en seco-carbonizacion y se abre la parte final en el interior de la camara 102b de destilacion en seco-carbonizacion. Un generador de vapor en el otro horno 201b de destilacion en seco-carbonizacion esta provisto con una tubena de vapor 226b que alcanza la camara 102b de destilacion en seco-carbonizacion a traves de un generador 224b de vapor sobrecalentado. La tubena de vapor 226b tiene una tubena de derivacion 227b que se desvfa en la parte frontal de la camara 102b de destilacion en seco-carbonizacion. Se instala la tubena de derivacion 227b en la camara 102a de destilacion en seco-carbonizacion en un horno 201a de destilacion en seco-carbonizacion, y se abre la parte final en el interior de la camara 102a de destilacion en seco-carbonizacion. Otras construcciones de los hornos 201a y 201b de destilacion en seco-carbonizacion son las mismas que la del horno 201 de destilacion en seco-carbonizacion en el Ejemplo 2. Se escalonan temporalmente os tiempos de inicio de la operacion de destilacion en seco S1 en los hornos 201a y 201b de destilacion en seco- carbonizacion del presente ejemplo. Luego, cuando se completa la destilacion en seco de un horno de destilacion en seco-carbonizacion y se inicia en una etapa de refrigeracion, el vapor sobrecalentado que fue calentado suficientemente a una temperatura alta por el generador de vapor sobrecalentado fue alimentado a una camara de destilacion en seco- carbonizacion en el otro horno de destilacion en seco-carbonizacion, y alimentado como una fuente de calor en el momento de inicio de la operacion de destilacion en seco S1. La fig. 9 muestra esquematicamente una relacion entre la distribucion de temperatura y el tiempo de las camaras 102a y 102b de destilacion en seco-carbonizacion en el que fueron accionados alternativamente dos hornos 201a y 201b de destilacion en seco-carbonizacion. En la figura, la distribucion de temperatura expresada por el sfmbolo A es una distribucion de temperatura de la camara 102a de destilacion en seco-carbonizacion, y la distribucion de temperatura expresada por el sfmbolo B es una distribucion de temperatura de la camara 102b de destilacion en seco-carbonizacion. El vapor sobrecalentado de un horno de destilacion en seco-carbonizacion se utiliza como una fuente de calor de una camara de destilacion en seco-
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carbonizacion en el momento del inicio de la otra operacion de destilacion en seco, reduciendo de este modo los combustibles utilizados en el quemador 104, lo que hace posible producir fibras de carbono recicladas 8 a un coste menor.
Ejemplo 4
La fig. 11 muestra esquematicamente una construccion del dispositivo de fabricacion 230 del presente ejemplo. El dispositivo 230 para fabricar fibras de carbono recicladas del presente ejemplo esta provisto con una construccion en la que dos hornos 201a y 201b de destilacion en seco-carbonizacion y la zona de calentamiento HZ en el horno continuo 233 se comunican a traves de un trayecto 232 resistente al calor que tiene un amortiguador 231, ademas de una construccion en la que dos hornos 201a y 201b de destilacion en seco-carbonizacion puede alimentar vapor sobrecalentado a cada una de las otras camaras de destilacion en seco-carbonizacion. El calor de escape de los hornos 201a y 201b de destilacion en seco-carbonizacion se alimenta a la zona de calentamiento HZ en el horno continua 233 para calentar la zona de calentamiento HZ, reduciendo de este modo una corriente electrica alimentada al generador de calor 21, lo que hace posible ahorrar mas combustible y producir fibras de carbono recicladas 8 a un coste menor.
Ejemplo 5
La fig. 12 muestra esquematicamente una construccion del dispositivo de fabricacion 240 del presente ejemplo. En el dispositivo 240 para fabricar fibras de carbono recicladas del presente ejemplo, un horno 241 de destilacion en seco- carbonizacion comunica con la zona de calentamiento HZ en el horno continuo 233 a traves de un trayecto 243 resistente al calor que tiene un amortiguador 242. Otras construcciones son las mimas que en el Ejemplo 4.
Como se ha descrito anteriormente, la presente invencion fue explicada con referencia a realizaciones preferibles, sin embargo, la presente invencion no se limita solo a las mismas, y son posibles distintas modificaciones y cambios de disenos dentro del rango sin apartarse de la esencia de la invencion como se ha descrito mas abajo.
En el metodo de fabricacion 1 de la presente realizacion, un dispositivo que utiliza la parte 6 de transporte de malla que tiene la cinta 4 de malla fue mostrado como un dispositivo para transportar el CFRP 25 despues de la destilacion en seco al espacio 2 de regeneracion, pero no esta limitado al mismo, y se pueden utilizar dispositivos que utilizan otros hornos de solera sobre rodillos, y similares. Sin embargo, como la presente realizacion, cuando el generador de calor 21 esta previsto en la parte inferior del CFRP 25 despues de la destilacion en seco para ser calentado, la utilizacion de la cinta 4 de malla hace posible tener una propagacion de calor preferible y poner en practica un calentamiento eficaz.
Ademas, el Ejemplo 3 describe el caso en el que dos hornos 201a y 201b de destilacion en seco-carbonizacion alimentan vapor sobrecalentado entre sf, pero es posible utilizar tres o mas hornos de destilacion en seco-carbonizacion e instalar una tubena de modo que un horno de alimentacion en seco-carbonizacion alimente vapor sobrecalentado a los otros dos hornos.
Explicacion de los Sfmbolos
1 Metodo de fabricacion (metodo para fabricar fibras de carbono recicladas)
2 Espacio de regeneracion
3 Cuerpo principal de horno continuo
7 Parte de eliminacion de calor
8 Fibra de carbono reciclada
9 Parte de refrigeracion
16 Entrada de introduccion
17 Orificio de ventilacion
25 Fibra de carbono unida con carbono fijo sobre las superficies (CFRP despues de destilacion en seco)
26 Horno continuo
40 CFRP (plastico reforzado con fibra de carbono)
CZ Zona de refrigeracion HZ Zona de calentamiento
100, 200 Dispositivos para fabricar fibra de carbono reciclada
101, 201 Horno de destilacion en seco-carbonizacion 102 Camara de destilacion en seco-carbonizacion 103, 203 Camara de combustion 104 Quemador
5 105, 205 Cuerpo principal
107 Tubena de combustion de gas
110 Bandeja resistente al calor
111 Estante resistente al calor 115, 215 Camara de calentamiento
10 141, 142, 143, 144 Sensor de medicion de temperature

Claims (5)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    REIVINDICACIONES
    1. Un dispositivo (100, 200) para fabricar fibras de carbono recicladas (8) que utiliza plastico (40) reforzado con fibra de carbono que contiene fibras de carbono y un componente de matriz como un material fuente, que comprende:
    un horno (101) de destilacion en seco-carbonizacion para destilar en seco el plastico (40) reforzado con fibra de carbono y convertir una parte del componente de matriz en carbono fijo para unir el carbono fijo a las superficies de las fibras de carbono, dicho horno de destilacion en seco-carbonizacion provisto con un cuerpo principal (105, 205) en forma de caja, una camara (102) de destilacion en seco-carbonizacion que esta prevista en el interior del cuerpo principal (105, 205) y aloja el plastico (40) reforzado con fibra de carbono, una camara de combustion (103, 203) que esta prevista en la parte inferior de la camara (102) de destilacion en seco-carbonizacion y equipada con un quemador (104), y una camara de calentamiento (115) formada en el espacio entre el cuerpo principal (105, 205) y la camara (102) de destilacion en seco- carbonizacion; y
    un horno continuo (26) para calentar de modo continuo las fibras de carbono unidas con el carbono fijo y eliminar una parte del carbono fijo, dicho horno continuo provisto con una parte (6) de transporte de malla para transportar las fibras de carbono unidas con el carbono fijo y un espacio (2) de tratamiento de calor alargado en forma de tunel,
    en el que se ha proporcionado un generador de vapor (105, 205) al horno (101, 102) de destilacion en seco- carbonizacion proporcionando dicho generador de vapor, vapor a 100 °C o mas y a 700 °C o menos a la camara (102) de destilacion en seco-carbonizacion.
  2. 2. El dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas segun la reivindicacion 1, en el que el generador de vapor (205) alimenta calor sobrecalentado a 500 °C o mas y a 700 °C o menos a la camara (102) de destilacion en seco- carbonizacion.
  3. 3. El dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas segun la reivindicacion 2, que comprende: una pluralidad de los hornos (201a, 201b) de destilacion en seco-carbonizacion;
    una tubena de derivacion (227a) que alimenta vapor sobrecalentado desde un generador de vapor (205a) de un horno (201a) de destilacion en seco-carbonizacion a una camara (102b) de destilacion en seco-carbonizacion del otro horno (201b) de destilacion en seco-carbonizacion; y
    una tubena de derivacion (227b) que alimenta vapor sobrecalentado desde un generador de vapor (205b) del otro horno (201b) de destilacion en seco-carbonizacion a una camara (102a) de destilacion en seco-carbonizacion de un horno (201a) de destilacion en seco-carbonizacion,
    en el que el vapor sobrecalentado generado en un horno de destilacion en seco-carbonizacion es alimentado como una fuente de calor para calentar la camara de destilacion en seco-carbonizacion del otro horno de destilacion en seco- carbonizacion.
  4. 4. El dispositivo para fabricar fibras de carbono recicladas segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la camara de combustion en el horno de destilacion en seco-carbonizacion y el espacio de regeneracion en el horno continuo estan conectados a traves de un trayecto resistente al calor, y
    gas de escape procedente del horno de destilacion en seco-carbonizacion es alimentado como una fuente de calor del horno continuo.
  5. 5. Un metodo para fabricar fibras de carbono recicladas utilizando plastico (40) reforzado con fibra de carbono que contiene fibras de carbono y un componente de matriz, que comprende:
    una operacion de destilacion en seco para destilar en seco el plastico (40) reforzado con fibra de carbono mientras se alimenta vapor a 100 °C o mas y a 700 °C o menos por el horno (101, 201) de destilacion en seco-carbonizacion y para convertir una parte del componente de matriz en carbono fijo para unir a las superficies de las fibras de carbono; y
    una operacion de eliminacion de calor para calentar las fibras de carbono unidas con el carbono fijo por un horno continuo (26) que tiene un espacio (2) de regeneracion alargado en forma de tunel construido en el interior de un material resistente al fuego y para eliminar una parte del carbono fijo para obtener fibras de carbono recicladas (8).
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