ES3055653T3

ES3055653T3 - Spindle-shaped carbon fiber-containing aggregate, manufacturing method for same

Info

Publication number: ES3055653T3
Application number: ES22780802T
Authority: ES
Inventors: Shingo Nyui
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2022-03-28
Publication date: 2026-02-13
Anticipated expiration: 2042-03-28
Also published as: US20240262010A1; EP4316766B1; EP4316766A4; WO2022210591A1; EP4316766C0; EP4316766A1; PL4316766T3

Abstract

Se proporciona un agregado de fibra de carbono con propiedades de alimentación mejoradas. Un método de fabricación de agregados fusiformes incluye: proporcionar una mezcla compuesta por al menos fibras de carbono y un líquido que contiene aglutinante; fabricar un precursor fusiforme mediante el volteo de la mezcla en un recipiente; y secar el precursor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Agregado que contiene fibra de carbono fusiforme, método de fabricación del mismo

[0003] Campo técnico

[0004] La presente divulgación se refiere a un agregado fusiforme que contiene fibras de carbono y a un método para su fabricación. En particular, la presente divulgación se refiere a un agregado fusiforme de fibra de carbono que tiene excelente capacidad de alimentación, producido a partir de fibra de carbono regenerada (fibra de carbono reciclada), y a un método para su fabricación.

[0005] La presente divulgación se refiere a un método para producir un agregado fusiforme según la reivindicación 1 y un agregado de fibra de carbono fusiforme según la reivindicación 8.

[0006] Técnica anterior

[0007] Las fibras de carbono tienen una resistencia específica y un módulo elástico específico excelentes, además de ser ligeras, por lo que se utilizan como fibras de refuerzo, etc., para resinas termoendurecibles y termoplásticas (en particular, para resinas termoplásticas). Un material compuesto de resina reforzada con fibra de carbono (también conocido como plástico reforzado con fibra de carbono o CFRP) se utiliza en una amplia gama de aplicaciones, tal como como la aeroespacial y la automoción, así como en aplicaciones deportivas e industriales en general.

[0008] Para una fibra de carbono que sirve como materia prima de un producto que contiene fibra de carbono, tal como un material compuesto de resina reforzada con fibra de carbono, se han realizado estudios para un método de granulación para formar un agregado de fibra de carbono granular a partir de fibras de carbono y un aglutinante, etc. Cuando se produce un producto que contiene fibra de carbono mediante moldeo por extrusión, etc., dicho agregado de fibra de carbono puede exhibir una mejor capacidad de alimentación en comparación con un caso en el que se utiliza una fibra de carbono tal cual.

[0009] El Documento de Patente 1 describe un método para producir un pélet de fibra de carbono en el que un agregado de fibras de carbono unido con un agente de encolado se pone en contacto con una superficie giratoria inclinada.

[0010] En los últimos años, ha habido una creciente demanda de una fibra de carbono regenerada (una fibra de carbono reciclada) recuperada de un producto utilizado que contiene fibra de carbono, etc. Para dicha fibra de carbono regenerada, también se ha estudiado un método de granulación para formar un agregado de fibra de carbono.

[0011] El Documento de Patente 2 describe un método para producir un pélet de fibra de carbono a partir de una fibra de carbono regenerada utilizando un mezclador que tiene un recipiente giratorio inclinado.

[0012] Los documentos de Patente 3 y 4 describen un método para producir un agregado de fibra de carbono con forma de cilindro a partir de una fibra de carbono regenerada mediante un método de granulación por extrusión húmeda.

[0013] El Documento de Patente 4a se refiere a un macrocemento y a métodos asociados útiles para la preparación de pastas, morteros, hormigones y otros materiales con base de cemento con alta trabajabilidad, alta densidad y alta resistencia. Un método para producir un macrocemento incluye cemento, materiales cementantes suplementarios (MCS), incluyendo partículas silíceas de tamaño submicrónico y nanométrico, y polímeros en forma de aditivos químicos líquidos o secos para hormigón. La mezcla de cemento se puede utilizar para fabricar hormigón de ultra alto rendimiento (UHPC).

[0014] Un pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono es un tipo de material compuesto de resina reforzada con fibra de carbono. Existen dos tipos de pélet: el de fibra larga, que se produce cortando una hebra de resina que se obtiene recubriendo una fibra de carbono continua con resina termoplástica; y el de fibra corta, que se produce cortando una hebra de resina obtenida mediante el amasado y la dispersión de fibras de carbono discontinuas en una resina termoplástica. En comparación con el de fibra larga, este último se utiliza ampliamente como método de producción de bajo coste, a pesar de sus propiedades mecánicas inferiores. Los Documentos de Patente 5 y 6 describen métodos para producir un material compuesto que contiene fibra de carbono regenerada a partir de fibra de carbono mediante amasado en estado fundido. La fibra de carbono utilizada en este método se recupera de un material de desecho de un material compuesto de resina reforzada con fibra de carbono mediante un método de descomposición térmica, en donde se adhiere a ella un carbono residual derivado de un componente de matriz carbonizado.

[0015] El Documento de Patente 7 describe un agregado de fibra de carbono, en donde su capacidad de alimentación se mejora añadiendo un agente de tratamiento de fibra a una fibra de carbono regenerada recuperada de un material compuesto reforzado con fibra de carbono y dándole forma cilíndrica utilizando un granulador de extrusión.

[0016] Lista de citas

[0017] Bibliografía de patentes

[0018] [Documento de Patente 1] Patente Núm.3452363

[0019] [Documento de Patente 2] Publicación de Solicitud de Patente Europea Núm.2902433

[0020] [Documento de Patente 3] JP 2020-180421A

[0021] [Documento de Patente 4] JP 2020-196882A

[0022] [Documento de Patente 4a] US2019112228A1

[0023] [Documento de Patente 5] JP 2020-49820A

[0024] [Documento de Patente 6] JP 2019-155634A

[0025] [Documento de Patente 7] JP 2021-55198A

[0026] Compendio de la invención

[0027] Problema técnico

[0028] Hay casos en donde un agregado de fibra de carbono convencional presenta una capacidad de alimentación insuficiente.

[0029] Un objeto de la invención según la presente divulgación es proporcionar un agregado de fibra de carbono que exhiba una capacidad de alimentación mejorada.

[0030] En general, al producir un artículo moldeado que contiene fibra de carbono utilizando un agregado de fibra de carbono como el descrito anteriormente, se introduce una resina termoplástica en una amasadora, etc., junto con un agregado de fibra de carbono (material intermedio primario), y después se realiza el amasado para producir un gránulo (material intermedio secundario) que comprende que comprende fibras de carbono y una resina termoplástica. A continuación, el pélet se introduce en una máquina de moldeo por inyección, etc., para producir un artículo moldeado que contiene fibra de carbono.

[0031] Sin embargo, durante la fabricación del material intermedio secundario, se produjeron casos de rotura de las fibras de carbono. Adicionalmente, si es posible añadir la resina termoplástica al agregado de fibra de carbono con antelación, se puede omitir la etapa de amasado para producir el material intermedio secundario, lo que permite fabricar directamente el artículo moldeado utilizando el agregado de fibras de carbono y resina termoplástica. Sin embargo, no fue fácil incorporar resina termoplástica al agregado de fibra de carbono manteniendo al mismo tiempo la propiedad de manejabilidad del agregado.

[0032] Solución al problema

[0033] (Invención 1)

[0034] Según las siguientes realizaciones según la Invención 1 de la presente divulgación, es posible resolver el problema anterior de la Invención 1:

[0035] <Realización 1>

[0036] Un método para producir un agregado fusiforme según la reivindicación 1.

[0037] <Realización 2>

[0038] Un agregado (conjunto) fusiforme según la reivindicación 8.

[0039] Efectos ventajosos de la invención

[0040] Según la invención de la presente divulgación, es posible proporcionar un agregado de fibra de carbono que exhibe una capacidad de alimentación mejorada.

[0041] Breve descripción de los dibujos

[0042] [Fig. 1] La FIG. 1 es un diagrama esquemático de una realización de un granulador de agitación (granulador de volteo) que se puede utilizar en la presente divulgación.

[0043] [Fig.2] La FIG.2 es un diagrama de sección transversal conceptual para explicar un método de descomposición según la Invención 2 de la presente divulgación.

[0044] [Fig.3] La FIG.3 es una vista esquemática en sección transversal que muestra una realización del método de descomposición según la Invención 2 de la presente divulgación.

[0045] [Fig.4] La FIG.4 es una fotografía de una pluralidad de agregados de fibra de carbono según el Ejemplo A1.

[0046] [Fig.5] La FIG.5 es una fotografía de un agregado de fibra de carbono según el Ejemplo A1.

[0047] [Fig.6] La FIG.6 es una fotografía de un agregado de fibra de carbono obtenido en el Ejemplo Comparativo A2.

[0048] [Fig.7] La FIG.7 es una fotografía de una pluralidad de agregados según el Ejemplo B2.

[0049] [Fig.8] La FIG.8 es una fotografía de un agregado según el Ejemplo B2.

[0050] [Fig.9] La FIG.9 es una fotografía que muestra un material obtenido en el Ejemplo Comparativo B1.

[0051] [Fig.10] La FIG.10 es una fotografía de una placa de CFRP antes del tratamiento térmico.

[0052] [Fig. 11] La FIG. 11 es una fotografía de una placa de CFRP sometida al procedimiento según el Ejemplo de Referencia 4.

[0053] [Fig. 12] La FIG. 12 es una fotografía de una placa de CFRP sometida al procedimiento según el Ejemplo Comparativo de Referencia 2.

[0054] Descripción de realizaciones

[0055] (Invención 1)

[0056] Un método para producir un agregado fusiforme según la Invención 1 de la presente divulgación comprende: proporcionar una mezcla al menos compuesta de fibras de carbono y un líquido que contiene aglutinante, preparar un precursor fusiforme volteándola en un recipiente; y

[0057] secar el precursor.

[0058] Adicionalmente, la Invención 1 de la presente divulgación comprende:

[0059] un agregado fusiforme que comprende fibras de carbono y un aglutinante.

[0060] El agregado, según la Invención 1 de la presente divulgación, comprende fibras de carbono y un aglutinante, y tiene forma fusiforme. Cuando un agregado de fibras de carbono tiene forma fusiforme, se considera que sus características de flujo mejoran debido a la reducción de la resistencia de contacto y, como resultado, se puede mejorar la capacidad de alimentación. En la presente divulgación, "forma fusiforme" se refiere a una forma con una porción central gruesa que se estrecha gradualmente hacia ambos extremos.

[0061] El agregado fusiforme (el agregado fusiforme que contiene fibra de carbono) según la Invención 1 de la presente divulgación es, en particular, un agregado fusiforme de fibra de carbono o un agregado fusiforme de fibras de resina termoplástica y fibras de carbono.

[0062] Con respecto al agregado según la Invención 1, su método de fabricación, así como los elementos constitutivos y aspectos específicos del mismo, se puede hacer referencia a las siguientes descripciones de la Invención 1a y de la Invención 1b.

[0063] (Invención 1a)

[0064] Un método para producir un agregado de fibra de carbono según la Invención 1a de la presente divulgación comprende:

[0065] proporcionar una mezcla al menos compuesta de fibras de carbono regeneradas y un líquido que contiene aglutinante (una etapa de provisión),

[0066] voltear la mezcla en un recipiente en un espacio libre entre la pared interior del recipiente y el cuerpo giratorio en el recipiente, con el fin de preparar un precursor fusiforme (una etapa de granulación), y secar el precursor (una etapa de secado),

[0067] en donde el método se caracteriza porque:

[0068] las fibras de carbono regeneradas contienen un componente de carbono residual, y el contenido del componente de carbono residual es más de 0% en peso y 5,0% en peso o menos, basándose en las fibras de carbono regeneradas; y

[0069] la longitud media de las fibras de carbono regeneradas es de 1 mm o más y menos de 30 mm.

[0070] En general, al moldear un artículo que contiene fibra de carbono, estas se pueden suministrar a una extrusora, etc., mediante un alimentador, y en particular, se pueden suministrar cuantitativamente mediante un alimentador cuantitativo. Para una producción estable de un artículo moldeado con alta precisión, es fundamental un suministro estable de fibras de carbono.

[0071] Esta capacidad de alimentación (características de alimentación) de las fibras de carbono se puede mejorar mezclando y granulando fibras de carbono con un agente de encolado, etc., para formar un agregado de fibra de carbono con una forma específica. Por ejemplo, se considera que al moldear un agregado de fibra de carbono en una forma granular ahusada con baja resistencia de contacto, se mejoran las características de flujo del agregado de fibra de carbono y, como resultado, se puede mejorar la capacidad de alimentación. Sin embargo, cuando dicho agregado de fibra de carbono se produce utilizando una fibra de carbono regenerada como materia prima, no es fácil obtener una forma ahusada que tenga una excelente capacidad de alimentación.

[0072] En otras palabras, dado que una fibra de carbono regenerada se obtiene usualmente mediante la descomposición térmica de un material compuesto de resina reforzada con fibra de carbono, esta contiene cierta cantidad de carbono residual derivado de la resina, por lo que las fibras se unen entre sí con relativa firmeza. Sin ánimo de limitarse a la teoría, se cree que, dado que no es fácil aflojar este estado de unión bajo el esfuerzo aplicado en el granulador (en particular, un agitador rotativo), el líquido que contiene aglutinante no puede penetrar entre las fibras y, en consecuencia, no es posible obtener un agregado de fibra de carbono que tiene forma fusiforme.

[0073] Por otro lado, en el método según la Invención 1a de la presente divulgación, se utiliza una fibra de carbono regenerada que tenía un contenido de carbono residual del 5% en peso o inferior como materia prima de un agregado de fibra de carbono. Sin ánimo de limitarse a la teoría, se cree que, para dicha fibra de carbono regenerada, las fibras están unidas de manera relativamente débil entre sí (o no unidas), de modo que el líquido que contiene aglutinante penetra fácilmente entre ellas bajo el esfuerzo aplicada desde un granulador, etc. En este caso, es posible obtener un agregado de fibra de carbono fusiforme con excelentes características de flujo. La longitud de las fibras de carbono regeneradas utilizadas como materia prima también puede afectar a la capacidad de alimentación. En otras palabras, se cree que cuando la longitud media de la fibra de carbono regenerada utilizada como materia prima es demasiado corta, es difícil que las fibras se orienten en una dirección y resulta difícil obtener un agregado de fibra de carbono fusiforme. Además, se cree que incluso con una longitud media demasiado larga, la orientación uniforme de las fibras no es fácil, ya que se enredan entre sí.

[0074] Por otra parte, en el método según la Invención 1a de la presente divulgación, se cree que, dado que la longitud media de la fibra de carbono regenerada es de 1 mm o más y menos de 30 mm, se facilita la orientación uniforme de las fibras.

[0075] Como se describió anteriormente, según el método de producción de la Invención 1a de la presente divulgación, se puede obtener un agregado de fibra de carbono con excelente capacidad de alimentación. El agregado de fibra de carbono producido mediante el método de producción según la Invención 1a de la presente divulgación tiene una forma fusiforme granular con buenas propiedades de flujo, por lo que, al suministrarse a un alimentador cuantitativo, el agregado de fibra de carbono se puede suministrar de forma estable y cuantitativa sin obstruir el alimentador cuantitativo.

[0076] <Agregado de fibra de carbono>

[0077] El agregado de fibra de carbono fusiforme producido por la Invención 1a de la presente divulgación es un agregado compuesto al menos por fibras de carbono regeneradas y un aglutinante. Preferiblemente, el agregado de fibra de carbono consiste sustancialmente en fibras de carbono regeneradas y un aglutinante. En el agregado de fibra de carbono, las fibras de carbono regeneradas están unidas entre sí por el aglutinante. La cantidad de aglutinante en el agregado de fibra de carbono es preferiblemente de 0,1% en peso a 10% en peso, en particular puede ser de 0,5% en peso a 8% en peso, o de 1% en peso a 6% en peso, basándose en el agregado de fibra de carbono.

[0078] El agregado de fibra de carbono obtenido mediante el método de la Invención 1a de la presente divulgación tiene forma ahusada. Un agregado de fibra de carbono fusiforme presenta una buena capacidad de alimentación. Sin ánimo de limitarse a la teoría, se cree que un agregado de fibra de carbono fusiforme presenta una resistencia de contacto relativamente baja y, como resultado, puede fluir a través del alimentador con relativa fluidez sin obstruir el alimentador.

[0079] Orientación de la fibra

[0080] En el agregado de fibra de carbono obtenido mediante el método de la Invención 1a de la presente divulgación, las fibras de carbono regeneradas se orientan preferiblemente a lo largo del eje longitudinal del agregado fusiforme. No es necesario que esta orientación sea idéntica (es decir, paralela) al eje longitudinal del agregado de fibra de carbono, pero preferiblemente es sustancialmente paralela, y más específicamente, la dirección de extensión promedio de las fibras de carbono regeneradas presenta un ángulo de 45° o menos, 40° o menos, 30° o menos, 20° o menos, 10° o menos, 5° o menos, 2° o menos, 1° o menos, 0,5° o menos, o 0,1° o menos con respecto al eje longitudinal del agregado de fibra de carbono. La dirección de extensión promedio de las fibras de carbono regeneradas con respecto al eje longitudinal del agregado de fibra de carbono es preferiblemente lo más cercana posible a 0°, y su límite inferior no está particularmente limitado, pero puede ser, por ejemplo, mayor que 0° o superior o igual a 0,01°.

[0081] La dirección de extensión promedio de las fibras en el agregado de fibra de carbono se puede determinar utilizando una cámara digital o un microscopio óptico, etc., en una sección transversal paralela al eje longitudinal del agregado de fibra de carbono.

[0082] Longitud media

[0083] La longitud media del agregado de fibra de carbono puede estar entre 1,5 mm y 60 mm. Preferiblemente, la longitud media del agregado de fibra de carbono es de 1,8 mm o más, 2 mm o más, 3 mm o más, 4 mm o más, 5 mm o más, 6 mm o más, 7 mm o más, 8 mm o más, 9 mm o más, 10 mm o más, 11 mm o más, o 12 mm o más, y/o 50 mm o menos, 40 mm o menos, 30 mm o menos, o 25 mm o menos. Cuando la longitud media del agregado de fibra de carbono se encuentra dentro del intervalo mencionado, se puede obtener una buena capacidad de alimentación.

[0084] La longitud media del agregado de fibra de carbono se puede calcular midiendo la longitud de los 50 agregados de fibra de carbono en su eje longitudinal, visualmente utilizando un calibrador, etc., o en una imagen obtenida utilizando una cámara digital o un microscopio óptico, etc., y promediando los valores medidos.

[0085] Preferiblemente, la longitud media del agregado de fibra de carbono es de 1,2 a 4,0 veces la longitud media de las fibras de carbono regeneradas.

[0086] De manera particularmente preferible, la longitud media del agregado de fibra de carbono es 1,4 veces o más, 1,5 veces o más, 1,6 veces o más, y/o 3,5 veces o menos, o 3,0 veces o menos, la longitud media de las fibras de carbono regeneradas. Cuando la longitud media del agregado de fibra de carbono se encuentra dentro del intervalo anterior, se puede obtener una capacidad de alimentación particularmente buena.

[0087] Ancho máximo promedio del agregado

[0088] La anchura máxima media del agregado de fibra de carbono puede ser de 0,1 mm a 3,0 mm. Preferiblemente, la longitud media del agregado es de 0,2 mm o más, 0,3 mm o más, 0,4 mm o más, o 0,5 mm o más, y/o 2,5 mm o menos, 2,0 mm o menos, 1,8 mm o menos, o 1,6 mm o menos. La anchura máxima media del agregado de fibra de carbono es el promedio de la longitud (anchura) más grande en dirección perpendicular al eje longitudinal. Cuando la anchura máxima media del agregado de fibra de carbono se encuentra dentro del intervalo anterior, se puede obtener una buena capacidad de alimentación.

[0089] La anchura máxima media del agregado de fibra de carbono se puede calcular midiendo la longitud máxima de los 50 agregados de fibra de carbono en el eje menor, visualmente utilizando un calibrador, etc., o en una imagen obtenida utilizando una cámara digital o un microscopio óptico, etc., y promediando los valores medidos.

[0090] Relación de aspecto

[0091] La relación de aspecto del agregado de fibra de carbono puede ser de 2 a 150, de 2 a 100 o de 2 a 50. Preferiblemente, la relación de aspecto del agregado de fibra de carbono es de 2 a 20, de 3 a 15 o, en particular, de 4 a 10. Cuando la relación de aspecto se encuentra en dicho intervalo (en particular, en dicho intervalo preferido), se puede obtener un agregado de fibra de carbono con una estabilidad de forma y una capacidad de alimentación particularmente excelentes.

[0092] La relación de aspecto es un valor que se obtiene dividiendo el eje mayor del agregado de fibra de carbono fusiforme entre el eje menor; es decir, eje mayor/eje menor. A medida que aumenta el grado de elongación, aumenta la relación de aspecto.

[0093] La relación de aspecto se puede obtener midiendo el eje mayor y el eje menor del agregado de fibra de carbono, visualmente con un calibrador, etc., o con una cámara digital o un microscopio óptico, etc., y calculando el eje mayor/eje menor. Téngase en cuenta que la longitud (anchura) máxima en una dirección perpendicular a la dirección del eje mayor se puede utilizar como "eje menor".

[0094] Etapa de provisión

[0095] En el método según la Invención 1a de la presente divulgación, se proporciona una mezcla que está compuesta al menos por fibras de carbono regeneradas y un líquido que contiene aglutinante.

[0096] La cantidad de líquido que contiene aglutinante en la mezcla es preferiblemente de 20% a 60% en peso, de manera particularmente preferible de 25% a 55% en peso, o de 30% a 50% en peso. En este caso, las fibras de carbono regeneradas se agrupan particularmente bien debido al líquido contenido en el aglutinante. Adicionalmente, en este caso, la carga del procedimiento de secado se puede reducir ya que la cantidad de líquido contenido en el aglutinante no se vuelve excesiva. El líquido que contiene aglutinante contiene un disolvente o un medio de dispersión. Preferiblemente, el contenido del disolvente o medio de dispersión (en particular agua) en la mezcla es de 20% a 60% en peso, en particular de 25% a 55% en peso, o de 30% a 50% en peso. Preferiblemente, el contenido de disolvente o medio de dispersión (en particular, agua) en la mezcla es de 20% a 45%, de 20% a 40% o de 20% a 30% en peso. Cuando el contenido de disolvente o medio de dispersión (en particular, agua) es relativamente bajo, como en el intervalo anterior, la carga de secado se puede reducir de forma particularmente eficaz.

[0097] Fibra de carbono regenerada

[0098] La fibra de carbono regenerada es una materia prima de un agregado de fibra de carbono y está compuesta por un componente de fibra de carbono y un componente de carbono residual. Típicamente, en la fibra de carbono regenerada, el componente de carbono residual se adhiere a la superficie del componente de fibra de carbono. La fibra de carbono regenerada no está particularmente limitada y puede ser, por ejemplo, una fibra de carbono regenerada obtenida mediante el tratamiento térmico de un artículo plástico que contiene fibra de carbono, tal como un plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP). La fibra de carbono regenerada puede ser una fibra de carbono regenerada descrita más adelante con respecto a la Invención 2.

[0099] De forma particularmente preferible, la fibra de carbono regenerada es una fibra de carbono obtenida mediante el método de activación térmica de semiconductores. En otras palabras, una realización especialmente preferida del método, según la presente divulgación, comprende la descomposición de un componente plástico contenido en un artículo plástico que contiene fibra de carbono mediante el método de activación térmica de semiconductores para producir una fibra de carbono regenerada.

[0100] El "método de Activación Térmica de Semiconductores" (método TASC) es un método de consiste en descomponer un compuesto, tal como un polímero, mediante la activación térmica de semiconductores (Activación Térmica de Semiconductores, TASC). Para obtener información sobre el método de producción de fibra de carbono regenerada mediante la descomposición de un componente plástico contenido en un artículo plástico que contiene fibra de carbono mediante el método de activación térmica de semiconductores, se puede hacer mención, por ejemplo, de la descripción de la Patente Japonesa Núm. 4517146 y la Publicación de patente japonesa JP2019-189674. En cuanto al método para producir una fibra de carbono regenerada mediante el método de activación térmica de semiconductores, también se puede hacer referencia a la siguiente descripción de la Invención 2 de la presente divulgación.

[0101] Componente de fibra de carbono

[0102] El componente de fibra de carbono de la fibra de carbono regenerada se suele obtener de la fibra de carbono contenida en un artículo que contiene fibra de carbono, etc., utilizado como materia prima para la fibra de carbono regenerada. El componente de fibra de carbono de la fibra de carbono regenerada puede haber sido modificado mediante un tratamiento térmico, etc., durante el procedimiento de producción de la fibra de carbono regenerada.

[0103] El componente de fibra de carbono en la fibra de carbono regenerada puede ser, por ejemplo, una fibra de carbono basada en PAN o una fibra de carbono basada en brea.

[0104] La forma del componente de fibra de carbono en la fibra de carbono regenerada no está particularmente limitada, pero puede ser un haz de fibras de carbono compuesto de varias fibras individuales (es decir, fibras individuales o filamentos). El número de filamentos que constituye el haz de fibras de carbono puede variar de 1.000 a 80.000, o de 3.000 a 50.000. Además, el diámetro del filamento que constituye el componente de fibra de carbono en la fibra de carbono regenerada puede ser de 0,1 µm a 30 µm, de 1 µm a 10 µm, o de 3 µm a 8 µm. Componente de carbono residual

[0105] El componente de carbono residual contenido en la fibra de carbono regenerada es, en particular, un carbono residual derivado de una resina contenida en un artículo plástico que contiene fibra de carbono utilizado como materia prima en la producción de la fibra de carbono regenerada.

[0106] En el método según la Invención 1a de la presente divulgación, el componente de carbono residual es superior a 0% en peso y de 5,0% en peso o inferior con respecto a las fibras de carbono regeneradas. En este caso, se puede obtener un agregado de fibra de carbono con una mejor capacidad de alimentación.

[0107] Adicionalmente, cuando el componente de carbono residual es más de 0% en peso y 5,0% en peso o menos, es posible evitar la contaminación causada por una cantidad relativamente grande de componentes de carbono (en particular, carbón vegetal), y es posible reducir el componente de carbono que puede convertirse en una sustancia extraña al producir un artículo que contiene fibra de carbono, etc., utilizando un agregado de fibra de carbono como material, y es posible mejorar la distribución uniforme de las fibras en el artículo que contiene fibra de carbono.

[0108] Preferiblemente, el componente de carbono residual es igual o inferior a 4,0%, igual o inferior a 3,0% o igual o inferior a 2,0% en peso, con respecto a las fibras de carbono regeneradas. Preferiblemente, el componente de carbono residual se reduce al máximo, pero puede ser igual o superior a 0,1%, igual o superior a 0,2%, igual o superior a 0,4%, igual o superior a 0,6%, igual o superior a 0,8%, igual o superior a 1,0% o igual o superior a 1,2% en peso, con respecto a las fibras de carbono regeneradas.

[0109] El contenido del componente de carbono residual en las fibras de carbono regeneradas se puede medir mediante análisis termogravimétrico (método TGA).

[0110] La medición del componente de carbono residual mediante análisis termogravimétrico se puede realizar mediante el siguiente procedimiento:

[0111] (i) Para muestras de 1 a 4 mg obtenidas mediante pulverización de fibras de carbono regeneradas, se realizó un análisis termogravimétrico durante un período de 300 minutos en total, utilizando un analizador termogravimétrico, bajo las condiciones de una velocidad de alimentación de aire de 0,2 L/min, una velocidad de calentamiento de 5°C/min y una velocidad de registro de 1/6 s, en donde el análisis comprendió las siguientes etapas:

[0112] aumentar la temperatura desde temperatura ambiente hasta 100°C,

[0113] mantener la temperatura a 100°C durante 30 minutos,

[0114] aumentar la temperatura de 100°C a 400°C, y

[0115] mantener la temperatura a 400°C,

[0116] (ii) en un gráfico en donde se representa gráficamente la tasa de pérdida de peso con respecto al tiempo, se especifica el punto de inflexión de la pendiente y se calcula la cantidad de carbono residual restando la tasa de pérdida de peso en el período de mantenimiento a 100°C de la tasa de pérdida de peso en dicho punto de inflexión.

[0117] Si no se puede identificar el punto de inflexión de la pendiente en las condiciones de medición anteriores, se puede realizar un análisis termogravimétrico durante un total de aproximadamente 600 minutos que tiene una etapa de mantenimiento de la temperatura a 400°C durante 480 minutos, en lugar de un análisis termogravimétrico durante un total de 300 minutos; adicionalmente, en lugar de mantener la temperatura a 400°C durante 480 minutos, es posible mantener la temperatura a una temperatura específica en el intervalo de más de 400°C y menor o igual a 500°C durante 480 minutos.

[0118] Además, cuando la fibra de carbono regenerada contiene una resina derivada de un tratamiento de encolado, etc., la resina se puede eliminar antes de medir el componente de carbono residual según el método descrito anteriormente.

[0119] Longitud media

[0120] Las fibras de carbono regeneradas tienen una longitud media mayor o igual a 1 mm e inferior a 30 mm. La fibra de carbono regenerada con una longitud dentro de dicho intervalo se puede obtener, por ejemplo, cortando una fibra de carbono regenerada de mayor tamaño. La longitud media de las fibras de carbono regeneradas puede ser de 2 mm o más, 3 mm o más, o 4 mm o más, y/o 29 mm o menos, 28 mm o menos, 27 mm o menos, 26 mm o menos, 25 mm o menos, 24 mm o menos, 23 mm o menos, 22 mm o menos, 21 mm o menos, 20 mm o menos, 15 mm o menos, o 10 mm o menos. En particular, la longitud media de las fibras de carbono regeneradas también puede ser de 8 mm a 25 mm, o de 9 mm a 20 mm.

[0121] En una realización preferida de la Invención 1a de la presente divulgación, la longitud media de las fibras de carbono regeneradas es de 2 mm o más y 20 mm o menos, y en particular de 3 mm o más y 15 mm o menos. En este caso, se puede obtener una capacidad de alimentación especialmente buena.

[0122] Adicionalmente, en una realización de la Invención 1a de la presente divulgación, la longitud media de las fibras de carbono regeneradas es superior a 6 mm e inferior a 30 mm, y en particular superior a 8 mm e inferior a 25 mm. En este caso, al producir un artículo que contiene fibra de carbono utilizando el agregado de fibra de carbono, se puede obtener un artículo que contiene fibra de carbono que tiene propiedades físicas particularmente excelentes, tal como una resistencia particularmente excelente.

[0123] La longitud media de las fibras de carbono regeneradas se puede calcular midiendo las longitudes de 50 fibras de carbono regeneradas, visualmente utilizando un calibrador, etc., o en una imagen adquirida con una cámara digital o un microscopio óptico, etc., y promediando los valores medidos.

[0124] Líquido que contiene aglutinante

[0125] El líquido que contiene aglutinante es un líquido de dispersión de aglutinante o una solución de aglutinante, y contiene un aglutinante y un disolvente o un medio de dispersión.

[0126] Aglutinante

[0127] El aglutinante sirve para unir las fibras de carbono regeneradas en el agregado de fibra de carbono y conservar la forma del agregado de fibra de carbono. El aglutinante no está particularmente limitado, pero preferiblemente es una resina termoplástica o termoendurecible. Más específicamente, se incluyen resinas epoxídicas, resinas epoxídicas modificadas con uretano, resinas de poliéster y resinas fenólicas, resinas de poliamida, resinas de poliuretano, resinas de policarbonato, resinas de polieterimida, resinas de poliamida-imida, resinas de poliimida, resinas de bismaleimida, resinas de polisulfona, resinas de poliétersulfona, resinas de uretano modificadas con epoxi, resinas de alcohol polivinílico y resinas de polivinilpirrolidona. Estas resinas se pueden utilizar solas o combinando dos o más de las mismas.

[0128] Entre los ejemplos de aglutinantes también se incluyen bentonita, sulfonato de lignina, melaza, carboximetilcelulosa, harina de konjac, alginato de sodio, poliacrilamida, acetato de polivinilo, alcohol polivinílico y almidón. Estos pueden utilizarse solos o combinando las resinas descritas anteriormente.

[0129] Disolvente/Medio de dispersión

[0130] El disolvente o medio de dispersión no están particularmente limitados, siempre que sean líquidos capaces de disolver o dispersar el aglutinante. El disolvente o medio de dispersión incluyen agua, alcoholes (p. ej., metanol o etanol), cetonas (p. ej., metiletilcetona o acetona), hidrocarburos (p. ej., ciclohexano, tolueno o xileno), hidrocarburos halogenados (p. ej., diclorometano), amidas (p. ej., N-metilpirrolidona o dimetilformamida) y éteres (p. ej., tetrahidrofurano). El disolvente o medio de dispersión es, de manera particularmente preferible, agua. El líquido que contiene aglutinante utilizado en la presente divulgación se puede preparar, por ejemplo, añadiendo adicionalmente un disolvente o un medio de dispersión a un agente de encolado comercial de concentración relativamente alta, que comprende un aglutinante y un disolvente o un medio de dispersión. En particular, el líquido con aglutinante se puede preparar añadiendo un medio de dispersión, en particular agua, a un agente de encolado que contenga un aglutinante y un medio de dispersión, en particular agua.

[0131] El agente de encolado (y el líquido que contiene aglutinante obtenido añadiendo un disolvente o un medio de dispersión al agente de encolado) puede estar, por ejemplo, en forma de una emulsión acuosa en la que un aglutinante está disperso en agua, y en particular, puede ser un poliuretano acuoso.

[0132] La concentración del aglutinante en el agente de encolado no está particularmente limitada, pero puede ser, por ejemplo, de 10 a 80% en peso, de 20 a 60% en peso o de 30 a 50% en peso.

[0133] La cantidad de aglutinante puede ser igual o superior a 0,1%, igual o superior a 0,5%, igual o superior a 1%, igual o superior a 1,5%, o igual o inferior a 20%, igual o inferior a 15%, igual o inferior a 10%, igual o inferior a 8%, o igual o inferior a 7%, basándose en el líquido que contiene aglutinante. De manera particularmente preferible, la cantidad de aglutinante es de 1% a 10% en peso, o de 2% a 8% en peso, basándose en el líquido que contiene aglutinante. La cantidad de disolvente o medio de dispersión (en particular, agua) puede ser de 80% en peso o más, de 85% en peso o más, de 90% en peso o más, de 92% en peso o más, o de 93% en peso o más, y/o de 99,9% en peso o menos, de 99,5% en peso o menos, de 99% en peso o menos, o de 98,5% en peso o menos, basándose en el líquido que contiene aglutinante.

[0134] La cantidad de aglutinante es preferiblemente de 0,1% en peso a 10% en peso, de manera particularmente preferible de 0,5% en peso a 8% en peso, o de 1% en peso a 7% en peso, basándose en las fibras de carbono regeneradas.

[0135] Apertura de la fibra

[0136] La fibra de carbono regenerada puede someterse previamente a un tratamiento de apertura de fibra.

[0137] Al realizar el tratamiento de apertura de fibras, se puede eliminar el enredamiento de las fibras entre sí y es posible promover la orientación de las fibras en una dirección durante la etapa de granulación.

[0138] El método de apertura de fibras no está particularmente limitado, pero se puede realizar, por ejemplo, mediante una cuchilla giratoria. Esta cuchilla giratoria puede ser una cuchilla auxiliar montada en un granulador.

[0139] Adicionalmente, el tratamiento de apertura de la fibra se puede realizar mediante agitación a alta velocidad. Mezcla

[0140] El método para obtener la mezcla a partir de la fibra de carbono regenerada y el líquido aglutinante no está particularmente limitado. La fibra de carbono regenerada y el líquido aglutinante pueden cargarse en forma de mezcla en el recipiente utilizado en la etapa de granulación. Por ejemplo, se puede obtener una mezcla vertiendo un líquido que contiene aglutinante en una masa de fibras de carbono regeneradas y, opcionalmente, agitando, para después cargar esta mezcla en un recipiente. Alternativamente, las fibras de carbono regeneradas y el líquido aglutinante se pueden cargar por separado en un recipiente y mezclar en el recipiente para obtener la mezcla. La mezcla y la granulación se pueden realizar simultáneamente.

[0141] No es necesario que las fibras de carbono regeneradas y el líquido que contiene aglutinante de la mezcla se distribuyan uniformemente en la mezcla. La mezcla se puede agitar durante la etapa de granulación para mejorar la uniformidad.

[0142] Etapa de granulación

[0143] En el método según la presente divulgación, se produce un precursor fusiforme volteando la mezcla en un recipiente en un espacio libre entre la pared interior del recipiente y el cuerpo giratorio en el recipiente (en adelante, esta etapa se puede denominar "etapa de granulación").

[0144] Sin ánimo de limitarse a la teoría, se considera que al voltear una mezcla que comprende fibras de carbono regeneradas y un líquido que contiene aglutinante en un espacio libre entre la pared interior del recipiente y el cuerpo giratorio en el recipiente, las fibras se unen entre sí a través del aglutinante mientras se orientan en una dirección particular, lo que da como resultado un precursor que tiene forma ahusada.

[0145] El método para voltear la mezcla en el espacio entre la pared interior del recipiente y el cuerpo giratorio en el recipiente no está particularmente limitado. A continuación, se describe un ejemplo ilustrativo con referencia a la FIG.1.

[0146] La FIG. 1 muestra un diagrama esquemático de una realización de un granulador de agitación que se puede utilizar en la presente divulgación. El granulador de agitación 100 de la FIG. 1 incluye un recipiente cilíndrico 120 y una pala agitadora 140 como cuerpo giratorio. El granulador de agitación 100 de la FIG.1 se encuentra en configuración horizontal y, en condiciones normales de uso, la abertura del recipiente 120 se abre lateralmente. La FIG. 1 muestra el interior del recipiente. Un eje 160 está fijado a una pared interior del recipiente 120 orientada hacia la abertura (una pared en la parte posterior desde la perspectiva anterior). El eje 160 se extiende horizontalmente. La pala agitadora 140 puede girar alrededor del eje 160 (aunque en el ejemplo de la FIG. 1 gira en sentido antihorario ("A"), también puede girar en sentido horario). En otras palabras, la cuchilla agitadora 140 de la FIG.1 está configurada para girar en un plano paralelo a la dirección gravitacional. Aunque no se muestra en la FIG.1, se puede instalar una cuchilla auxiliar para abrir las fibras en la porción del recipiente 120.

[0147] En el procedimiento de granulación, se mezclan y agitan opcionalmente una mezcla que comprende fibras de carbono regeneradas y un líquido que contiene aglutinante, y se hacen girar mediante una pala agitadora 140 que gira en la porción del recipiente 120 y se hace girar en un espacio libre (indicado por el número de referencia "C" en la FIG.1) entre la pared interna de la porción del recipiente 120 y la pala agitadora 140 en la porción del recipiente 120.

[0148] El tratamiento de granulación se puede realizar a temperatura ambiente o mediante calentamiento. El procedimiento de granulación puede durar, por ejemplo, de 1 minuto a 1 hora, de 5 minutos a 20 minutos o de 8 minutos a 15 minutos.

[0149] Recipiente

[0150] El recipiente de la presente divulgación no tiene ninguna limitación particular, siempre que sea adecuado para contener la mezcla y para realizar la etapa de granulación descrita anteriormente a la mezcla. El recipiente está fabricado preferiblemente con un material de excelente rigidez y durabilidad. En particular, la pared interior del recipiente está fabricada preferiblemente de un material que no se desgaste durante el volteo de la mezcla, o bien, cuenta con un tratamiento superficial para prevenir dicho desgaste.

[0151] En una realización, según la presente divulgación, el recipiente no está inclinado y es sustancialmente paralelo a la dirección horizontal. Por ejemplo, la parte inferior de la pared interior del recipiente, en la dirección gravitacional, puede no estar inclinada y ser sustancialmente paralela a la dirección horizontal.

[0152] Cuerpo giratorio

[0153] El cuerpo giratorio está configurado para permitir que una mezcla de fibras de carbono regeneradas y un líquido que contiene aglutinante se disperse de propio cuerpo giratorio y la pared interior del recipiente, al girar dentro del recipiente. El cuerpo giratorio está fijado, por ejemplo, a un eje instalado en el recipiente y está configurado para girar alrededor del eje.

[0154] El cuerpo giratorio tiene preferiblemente forma de pala. De manera particularmente preferible, se trata de una pala agitadora. Esta pala agitadora está fabricada preferiblemente con un material de excelente rigidez y durabilidad, y en particular, está fabricada preferiblemente de un material que no se desgaste durante el volteo de la mezcla, o bien, se somete a un tratamiento superficial para evitar dicho desgaste.

[0155] Espacio libre

[0156] El tamaño del espacio libre entre la pared interior del recipiente y el cuerpo giratorio, es decir, la distancia entre la pared interior del recipiente y el cuerpo giratorio, puede ser constante o puede variar de forma continua o discontinua.

[0157] El tamaño del espacio libre entre la pared interior del recipiente y el cuerpo giratorio, es decir, la distancia entre la pared interior del recipiente y el cuerpo giratorio, se puede seleccionar en consecuencia dependiendo del tamaño deseado del agregado de fibra de carbono, etc., y por ejemplo puede ser de 1 a 10 mm.

[0158] Granulador de agitación (granulador de volteo)

[0159] En cuanto al aparato que tiene el recipiente descrito y el cuerpo giratorio descritos anteriormente, se puede utilizar un granulador de agitación (granulador de volteo) conocido. El granulador de agitación no está particularmente limitado, y, por ejemplo, se pueden utilizar un granulador tipo Henschel (mezclador Henschel), un granulador tipo pugmill o un granulador de agitación tipo Eilich. En cuanto al granulador de agitación se pueden utilizar el tipo vertical o el tipo horizontal.

[0160] Precursor fusiforme

[0161] El precursor fusiforme contiene fibras de carbono regeneradas y un aglutinante, y contiene un líquido (especialmente agua) obtenido a partir del líquido que contiene aglutinante. El líquido (en particular, la humedad) del precursor se puede eliminar en la siguiente etapa de secado.

[0162] Procedimiento de secado

[0163] En el método según la presente divulgación, el precursor fusiforme obtenido se seca.

[0164] El método de secado del precursor no está particularmente limitado, y las condiciones de temperatura, las condiciones de tiempo, etc., se pueden determinar en consecuencia según el contenido de humedad del precursor obtenido, etc. Para reducir la carga de secado, el precursor fusiforme puede someterse a un tratamiento de deshidratación después de la etapa de granulación y antes de la etapa de secado.

[0165] Agregado de fibra de carbono

[0166] La Invención 1a de la presente divulgación abarca el siguiente agregado de fibra de carbono:

[0167] un agregado de fibra de carbono fusiforme que comprende al menos fibras de carbono regeneradas y un aglutinante,

[0168] en donde la longitud media de las fibras de carbono regeneradas es de 1 mm o más y menos de 30 mm, y en donde la longitud media del agregado de fibra de carbono es de 1,5 mm a 60 mm.

[0169] El agregado de fibra de carbono presenta una excelente capacidad de alimentación gracias a su forma. El método de producción del agregado de fibra de carbono no está particularmente limitado. El agregado de fibra de carbono, según la Invención 1a de la presente divulgación, se puede producir, por ejemplo, mediante el método descrito anteriormente según la presente divulgación. Para cada componente del agregado de fibra de carbono, se puede hacer referencia a la descripción anterior del método de producción del agregado de fibra de carbono.

[0170] Densidad aparente

[0171] El agregado de fibra de carbono según la Invención 1a de la presente divulgación tiene preferiblemente una densidad aparente de 50 g/L o más, 75 g/L o más, o 100 g/L o más, y/o 500 g/L o menos, 400 g/L o más, 300 g/L o menos, o 200 g/L o menos.

[0172] La densidad aparente se puede medir de la siguiente manera:

[0173] la muestra se vierte desde una altura de 63 mm en un recipiente de 200 ml que tenía un diámetro interior de 63 mm utilizando un embudo que tenía un diámetro interior de salida de 18 mm y el recipiente se carga con la muestra hasta que quede apilada. Después de nivelar la muestra, se mide el peso de la muestra. Basándose en el peso obtenido y el volumen del recipiente, se calcula la densidad aparente. Invención 1b

[0174] La Invención 1b de la presente divulgación se refiere a un agregado fusiforme de fibras de carbono y fibras de resina termoplástica, que comprende fibras de carbono, fibras de resina termoplástica y un aglutinante, en donde las fibras de carbono y las fibras de resina termoplástica contenidas en el agregado están orientadas a lo largo del eje longitudinal del agregado.

[0175] El agregado, según la Invención 1b de la presente divulgación, contiene la fibra de resina termoplástica, es decir, una resina termoplástica fibrosa. Sin ánimo de limitarse a la teoría, se considera que la naturaleza fibrosa de la resina termoplástica facilita el alineamiento de las fibras de carbono y de resina termoplástica en una dirección determinada, lo que facilita su ensamblaje en un agregado granular y facilita adicionalmente la formación de una forma fusiforme. Si el agregado es granular, se mejora la manejabilidad durante la fabricación del artículo moldeado que contiene fibra de carbono utilizando el agregado. Además, se considera que el agregado con forma fusiforme presenta una capacidad de alimentación particularmente buena durante la fabricación del artículo que contiene fibra de carbono utilizando dicho agregado. Sin ánimo de limitarse a la teoría, se considera que un agregado con forma fusiforme presenta una resistencia de contacto relativamente baja y, por lo tanto, puede fluir a través del puerto de suministro con relativa fluidez sin obstruir el puerto de alimentación, por ejemplo, de una extrusora.

[0176] Adicionalmente, dado que el agregado según la Invención 1b de la presente divulgación tiene fibras de resina termoplástica además de las fibras de carbono, a diferencia del agregado de fibra de carbono convencional que contiene solo fibras de carbono, es posible omitir la etapa de amasado de un agregado de fibra de carbono y una resina termoplástica para producir un pélet, y es posible producir directamente un artículo moldeado que contiene fibra de carbono.

[0177] Adicionalmente, según el agregado de la Invención 1b de la presente divulgación, es posible omitir una etapa de fabricación de un pélet, requerido en el caso del agregado de fibra de carbono convencional, y así evitar la rotura de las fibras de carbono durante la fabricación del pélet. Por lo tanto, se considera que al producir un artículo moldeado que contiene fibra de carbono utilizando el agregado según la presente divulgación, se puede obtener un artículo moldeado con propiedades físicas mejoradas.

[0178] A continuación, se describirá en detalle la invención según la Invención 1b de la presente divulgación.

[0179] Agregado de fibras de resina termoplástica y fibras de carbono

[0180] El agregado de fibras de resina termoplástica y fibras de carbono según la Invención 1b de la presente divulgación tiene forma ahusada y comprende fibras de carbono, fibras de resina termoplástica y un aglutinante. en donde las fibras de carbono y las fibras de resina termoplástica contenidas en el agregado están orientadas a lo largo del eje longitudinal del agregado.

[0181] El agregado, según la Invención 1b de la presente divulgación, incluye fibras de carbono, fibras de resina termoplástica y un aglutinante. En el agregado, el componente de fibra, que está compuesto por fibras de carbono y fibras de resina termoplástica, se une mediante el aglutinante. Preferiblemente, el agregado está compuesto sustancialmente, y consiste en manera particularmente preferible, por fibras de carbono, fibras de resina termoplástica y un aglutinante.

[0182] La cantidad de aglutinante en el agregado es preferiblemente de 0,1% a 10% en peso, en particular de 0,5% a 9% en peso, o de 1% a 8% en peso, basándose en el agregado.

[0183] El agregado puede contener de 1 a 1000 partes en peso, de 5 a 900 partes en peso, de 10 a 750 partes en peso, de 20 a 500 partes en peso o de 50 a 250 partes en peso de las fibras de resina termoplástica, basándose en 100 partes en peso de las fibras de carbono.

[0184] El agregado según la presente divulgación tiene forma ahusada. Como se describió anteriormente, la forma ahusada se refiere a una forma con una porción central gruesa que se estrecha gradualmente hacia ambos extremos.

[0185] Orientación de la fibra

[0186] En el agregado según la Invención 1b de la presente divulgación, el componente de fibra (fibras de carbono y fibras de resina termoplástica) contenido en el agregado está orientado a lo largo del eje longitudinal de la forma fusiforme. Cabe destacar que si el agregado presenta una forma fusiforme deformada (por ejemplo, curva), la frase "las fibras están orientadas a lo largo del eje longitudinal de la forma fusiforme" significa que las fibras contenidas en el agregado están orientadas a lo largo del eje del agregado fusiforme deformado. Esta orientación de las fibras no tiene por qué ser necesariamente la misma (paralela) al eje longitudinal del agregado, pero preferiblemente es sustancialmente paralela, y más específicamente, la dirección de extensión promedio de las fibras tiene un ángulo de 45° o menos, 40° o menos, 30° o menos, 20° o menos, o 10° o menos con respecto a la dirección del eje longitudinal del agregado fusiforme. La dirección de extensión promedio de las fibras con respecto a la dirección del eje longitudinal del agregado fusiforme es preferiblemente cercana a 0°, y su límite inferior no está particularmente limitado, pero puede ser, por ejemplo, mayor que 0°, mayor o igual a 1°, o superior o igual a 2°.

[0187] La dirección promedio de extensión de las fibras con respecto a la dirección del eje longitudinal de un agregado se puede determinar midiendo N=30 fibras seleccionadas aleatoriamente con una cámara digital, un microscopio óptico, etc., en una sección transversal paralela a la dirección del eje longitudinal del agregado, y calculando el valor promedio a partir del valor medido. En este cálculo, se excluyen las fibras desmenuzadas (es decir, fibras parcialmente separadas del agregado).

[0188] La dirección promedio de extensión de las fibras con respecto a la dirección del eje longitudinal del agregado también se puede determinar simplemente midiendo las fibras N=30 seleccionadas aleatoriamente en la superficie de un agregado con una cámara digital, un microscopio óptico, etc., y calculando el valor promedio a partir del valor medido. En este caso, también se excluyen las fibras desmenuzadas (es decir, las fibras parcialmente separadas del agregado).

[0189] Cabe destacar que si el agregado tiene una forma fusiforme deformada (por ejemplo, curva), la orientación de las fibras y su dirección de extensión se pueden determinar con respecto al eje del agregado. La longitud y la relación de aspecto de un agregado también se pueden determinar de forma similar.

[0190] Longitud media del agregado

[0191] La longitud media del agregado, según la Invención 1b de la presente divulgación, puede ser de 1,5 mm a 60 mm.

[0192] Preferiblemente, la longitud media del agregado es de 1,8 mm o más, 2,0 mm o más, 3,0 mm o más, 4,0 mm o más, 5,0 mm o más, 6,0 mm o más, 7,0 mm o más, 8,0 mm o más, 9,0 mm o más, 10 mm o más, 11 mm o más, 12 mm o más, o 15 mm o más, y/o 50 mm o menos, 40 mm o menos, 30 mm o menos, o 25 mm o menos. Se considera que se puede obtener una capacidad de alimentación especialmente buena cuando la longitud media del agregado se encuentra en el intervalo mencionado.

[0193] La longitud media de un agregado se puede calcular midiendo visualmente las longitudes de 50 agregados en la dirección del eje longitudinal utilizando un calibrador, etc., o en una imagen obtenida con una cámara digital, un microscopio óptico, etc., y promediando los valores medidos.

[0194] Preferiblemente, la longitud media del agregado es de 1,2 a 5,0 veces la longitud media de las fibras de carbono y la longitud media de las fibras de resina termoplástica contenidas en el agregado. Cuando la longitud media del agregado se encuentra dentro de dicho intervalo, se puede obtener una capacidad de alimentación particularmente buena.

[0195] De manera particularmente preferible, la longitud media del agregado es 1,4 veces o más, 1,5 veces o más, 1,6 veces o más, y/o 4,5 veces o menos, 4,0 veces o menos, 3,5 veces o menos, 3,0 veces o menos, o 2,5 veces o menos, de la longitud media de las fibras de carbono y la longitud media de las fibras de resina termoplástica. Cuando la longitud media del agregado se encuentra dentro de dicho intervalo, se puede obtener una capacidad de alimentación particularmente buena.

[0196] La longitud media de las fibras de carbono y la longitud media de las fibras de resina termoplástica se pueden calcular, respectivamente, midiendo las longitudes de 50 fibras visualmente utilizando un calibrador, etc., o en una imagen adquirida con una cámara digital, un microscopio óptico, etc., y promediando los valores medidos. Ancho máximo medio del agregado

[0197] La anchura máxima media del agregado de fibra de carbono puede ser de 0,1 mm a 5,0 mm. Preferiblemente, la anchura máxima media del agregado es de 0,2 mm o más, 0,3 mm o más, 0,4 mm o más, 0,5 mm o más, 1,0 mm o más, 1,5 mm o más, 2,0 mm o más, y/o 4,5 mm o menos, o 4,0 mm o menos. La anchura máxima media del agregado de fibra de carbono es el promedio de las longitudes mayores (es decir, anchuras) en una dirección perpendicular a la dirección longitudinal. Cuando la anchura máxima media del agregado de fibra de carbono se encuentra dentro de dicho intervalo, se puede obtener una buena capacidad de alimentación. La anchura máxima media del agregado de fibra de carbono se puede calcular midiendo visualmente la longitud máxima de 50 agregados de fibra de carbono en la dirección del eje menor utilizando un calibrador, etc., o en una imagen obtenida con una cámara digital o un microscopio óptico, y promediando los valores medidos. Relación de aspecto

[0198] La relación de aspecto del agregado de fibra de carbono puede ser de 2 a 150, de 2 a 100 o de 2 a 50. Preferiblemente, la relación de aspecto del agregado es de 2 a 20, de 3 a 15 o de 4 a 10. Cuando la relación de aspecto está dentro de dicho intervalo (en particular, cuando la relación de aspecto está dentro de dicho intervalo preferido), se puede obtener un agregado con una estabilidad de forma y una capacidad de alimentación particularmente excelentes.

[0199] La relación de aspecto es un valor que se obtiene dividiendo el eje mayor de un agregado fusiforme entre su eje menor (eje mayor/eje menor). A medida que aumenta el grado de elongación, aumenta la relación de aspecto.

[0200] La relación de aspecto se puede obtener midiendo visualmente los ejes mayor y menor del agregado con un calibrador, etc., o con una cámara digital, un microscopio óptico, etc., y calculando el eje mayor/eje menor. Cabe destacar que la longitud máxima (es decir, la anchura) en una dirección perpendicular a la dirección del eje mayor se puede utilizar como "eje menor".

[0201] El método de producción del agregado según la Invención 1b de la presente divulgación no está particularmente limitado. El agregado según la Invención 1b de la presente divulgación se puede producir, por ejemplo, mediante el método según la Invención 1b de la presente divulgación descrito a continuación.

[0202] Densidad aparente

[0203] El agregado según la Invención 1b de la presente divulgación tiene preferiblemente una densidad aparente de 50 g/L o más, 75 g/L o más, o 100 g/L o más, y/o 500 g/L o menos, 400 g/L o menos, 300 g/L o menos, o 200 g/L o menos.

[0204] Con respecto a un método para medir la densidad aparente, se puede hacer referencia a la descripción anterior respecto de la Invención 1a.

[0205] Fibra de carbono

[0206] La fibra de carbono es una materia prima del agregado e incluye fibra de carbono convencional (es decir, fibra de carbono que no es fibra de carbono regenerada, denominada fibra de carbono virgen), fibra de carbono regenerada y una mezcla de las mismas. La fibra de carbono puede ser, por ejemplo, fibra de carbono basada en PAN o fibra de carbono basada en brea.

[0207] La forma de la fibra de carbono no está particularmente limitada, pero puede ser un haz de fibras de carbono que comprende varias fibras individuales (es decir, fibras sencillas, filamentos). El número de filamentos que componen el haz de fibras de carbono puede variar de 1.000 a 80.000, o de 3.000 a 50.000. Adicionalmente, el diámetro de los filamentos que componen la fibra de carbono puede ser de 0,1 µm a 30 µm, de 1 µm a 10 µm, o de 3 µm a 8 µm.

[0208] Fibra de carbono regenerada

[0209] La fibra de carbono regenerada (fibra de carbono reciclada) comprende un componente de fibra de carbono y un componente de carbono distinto del componente de fibra de carbono (en particular, un componente de carbono residual). Usualmente, en la fibra de carbono regenerada, el componente de carbono, que no es el componente de fibra de carbono, se adhiere a la superficie del componente de fibra de carbono.

[0210] La fibra de carbono regenerada no está particularmente limitada y puede ser, por ejemplo, una fibra de carbono regenerada obtenida sometiendo a tratamiento térmico un plástico reforzado con fibra de carbono, tal como plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP). La fibra de carbono regenerada puede ser una fibra de carbono regenerada descrita más adelante con respecto a la Invención 2.

[0211] De manera particularmente preferible, la fibra de carbono regenerada se obtiene mediante el método de activación térmica de semiconductores. Una realización especialmente preferida del siguiente método, según la presente divulgación, comprende la descomposición de un componente plástico contenido en un artículo plástico que contiene fibra de carbono mediante el método de activación térmica de semiconductores para producir una fibra de carbono regenerada.

[0212] Para el "Método de Activación Térmica de Semiconductores" (método TASC), se puede hacer referencia a la descripción anterior de la Invención 1a.

[0213] El componente de fibra de carbono de la fibra de carbono regenerada se puede modificar mediante un tratamiento térmico, etc., durante un procedimiento de producción de una fibra de carbono regenerada. Para más detalles sobre el componente de fibra de carbono de la fibra de carbono regenerada, se puede hacer referencia a la descripción anterior de la fibra de carbono.

[0214] El componente de carbono residual en la fibra de carbono regenerada se suele obtener de una resina presente en un artículo plástico que contiene fibra de carbono, utilizado como materia prima durante la fabricación de dicha fibra. Generalmente, durante el procedimiento de tratamiento térmico de un artículo plástico que contiene fibra de carbono, el componente plástico se descompone térmicamente y queda carbono residual sobre la superficie del componente de fibra de carbono.

[0215] En la presente divulgación, preferiblemente, el componente de carbono residual es superior a 0% en peso y de 5,0% en peso o inferior, basándose en las fibras de carbono regeneradas. En este caso, se puede obtener un agregado con mejor capacidad de alimentación.

[0216] Además, cuando el componente de carbono residual es superior a 0% en peso y de 5,0% en peso o inferior, se puede evitar la contaminación causada por una cantidad relativamente alta de un componente de carbono (en particular, carbono). También se puede reducir la cantidad de un componente de carbono que puede convertirse en una materia extraña al producir un producto con fibra de carbono, etc., utilizando el agregado como materia prima. También se puede mejorar la distribución uniforme de las fibras en el artículo que contiene fibra de carbono.

[0217] Preferiblemente, el componente de carbono residual es igual o inferior a 4,0%, igual o inferior a 3,0% o igual o inferior a 2,0% en peso, basándose en las fibras de carbono regeneradas. Preferiblemente, el componente de carbono residual se reduce al máximo, pero puede ser igual o superior a 0,1%, igual o superior a 0,2%, igual o superior a 0,4%, igual o superior a 0,6%, igual o superior a 0,8%, igual o superior a 1,0% o igual o superior a 1,2% en peso, con respecto a las fibras de carbono.

[0218] El contenido del componente de carbono residual en las fibras de carbono regeneradas se puede medir mediante análisis termogravimétrico (método TGA).

[0219] En cuanto al método para medir un componente de carbono residual mediante análisis termogravimétrico, se puede hacer referencia a la descripción anterior de la Invención 1a.

[0220] Fibra de resina termoplástica

[0221] Entre los ejemplos de fibras de resina termoplástica se incluyen las fibras de resina de poliolefina (por ejemplo, fibras de resina de polipropileno y polietileno), fibras de resina de poliéster (por ejemplo, fibras de resina de tereftalato de polietileno, fibras de resina de tereftalato de polibutileno y ácido poliláctico), fibras de resina de poliamida, fibras de resina de poliéter cetona, fibras de resina de policarbonato, fibras de resina fenoxi y fibras de resina de sulfuro de polifenileno. La fibra de resina termoplástica puede ser una sola o una mezcla de dos o más fibras de resina termoplástica.

[0222] Longitud media de la fibra

[0223] La fibra de carbono puede tener una longitud media de 1 mm o más e inferior a 30 mm. La fibra que tiene una longitud en este intervalo se puede obtener, por ejemplo, cortando fibras de mayor tamaño. La longitud media de las fibras de carbono puede ser de 2 mm o más, 3 mm o más, o 4 mm o más, y/o 29 mm o menos, 28 mm o menos, 27 mm o menos, 26 mm o menos, 25 mm o menos, 24 mm o menos, 23 mm o menos, 22 mm o menos, 21 mm o menos, 20 mm o menos, 15 mm o menos, o 10 mm o menos. En particular, la longitud media de las fibras de carbono puede ser de 8 mm a 25 mm o de 9 mm a 20 mm.

[0224] En una realización preferida de la Invención 1b de la presente divulgación, la longitud media de las fibras de carbono es de 2 mm o más y 20 mm o menos, en particular de 3 mm o más y 15 mm o menos. En este caso, se obtienen propiedades de alimentación especialmente buenas.

[0225] Adicionalmente, en una realización de la Invención 1b de la presente divulgación, la longitud media de las fibras de carbono es superior a 6 mm y de 30 mm o inferior, en particular de 8 mm o superior y de 25 mm o inferior. En este caso, al fabricar un artículo que contiene fibra de carbono utilizando el agregado según la presente divulgación, se puede obtener un artículo que contiene fibra de carbono que tiene propiedades físicas especialmente excelentes, por ejemplo, resistencia.

[0226] La fibra de resina termoplástica puede tener una longitud media de 1 mm o más e inferior a 30 mm. La fibra que tiene una longitud en este intervalo se puede obtener, por ejemplo, cortando fibras de mayor tamaño. La longitud media de la fibra de resina termoplástica puede ser, en cada caso, de 1,5 mm o más, 2 mm o más, 3 mm o más, y/o 28 mm o menos, 26 mm o menos, 24 mm o menos, 22 mm o menos, 20 mm o menos, 18 mm o menos, 16 mm o menos, 14 mm o menos, 12 mm o menos, 10 mm o menos, u 8 mm o menos.

[0227] Se cree que cuando la longitud media de las fibras de carbono y la longitud media de las fibras de resina termoplástica es de 1 mm o más e inferior a 30 mm, se promueve la orientación uniforme de las fibras, lo que da como resultado un agregado fusiforme que exhibe una excelente capacidad de alimentación. Sin ánimo de limitarse a la teoría, se cree que cuando la longitud media de las fibras crudas es suficientemente larga, se facilita la orientación de las fibras en una dirección, lo que da como resultado un agregado fusiforme. También se cree que cuando la longitud media de las fibras es suficientemente corta, se evita el enredamiento de las fibras entre sí, lo que promueve la orientación uniforme de las fibras.

[0228] La longitud media de las fibras de carbono y la longitud media de las fibras de resina termoplástica se pueden calcular en cada caso midiendo longitudes de 50 fibras visualmente utilizando un calibrador, etc., o en una imagen adquirida con una cámara digital o un microscopio óptico, y promediando los valores medidos.

[0229] Método de fabricación de agregados

[0230] La Invención 1b de la presente divulgación incluye un método para producir un agregado según la Invención 1b de la presente divulgación, que comprende:

[0231] proporcionar una mezcla compuesta al menos de fibras de carbono, fibras de resina termoplástica y un líquido que contiene aglutinante (etapa de provisión);

[0232] voltear la mezcla en un recipiente, para producir un precursor fusiforme (etapa de granulación), y secar el precursor (etapa de secado).

[0233] Con respecto a cada componente del método de fabricación anterior, se puede hacer referencia a la descripción anterior del agregado según la Invención 1b de la presente divulgación.

[0234] Etapa de provisión

[0235] En el método según la Invención 1b de la presente divulgación, se proporciona una mezcla compuesta al menos por fibras de carbono, fibras de resina termoplástica y un líquido que contiene aglutinante. La mezcla consiste, en particular, en fibras de carbono, fibras de resina termoplástica y un líquido que contiene aglutinante.

[0236] La cantidad de líquido que contiene aglutinante en la mezcla es preferiblemente de 20% a 70% en peso, y de manera particularmente preferible, de 25% a 60% en peso o de 30% a 50% en peso. En este caso, debido al líquido contenido en el aglutinante, las fibras se agregan particularmente bien. Adicionalmente, en este caso, la carga del procedimiento de secado se puede reducir debido al hecho de que la cantidad de líquido contenido en el aglutinante no se vuelve excesiva. El líquido que contiene aglutinante contiene un disolvente o un medio de dispersión. Preferiblemente, el contenido del disolvente o medio de dispersión (en particular agua) en la mezcla es de 20% a 70% en peso, en particular de 25% a 60% en peso, o de 30% a 50% en peso. Más preferiblemente, el contenido de disolvente o medio de dispersión (en particular, agua) en la mezcla es de 20% a 45%, de 20% a 40% o de 20% a 30% en peso. Cuando el contenido de disolvente o medio de dispersión (en particular, agua) es relativamente bajo, la carga de secado se puede reducir de forma particularmente eficaz. El contenido de fibras de carbono y de resina termoplástica en la mezcla se puede determinar según corresponda, de modo que la proporción en peso de estas fibras en el agregado resultante alcance el valor deseado. En particular, el contenido de fibras de carbono y el contenido de fibras de resina termoplástica en la mezcla puede oscilar de 2,5% a 80% en peso, de 5% a 70% en peso, o de 10% a 60% en peso.

[0237] Líquido que contiene aglutinante

[0238] Para el líquido que contiene aglutinante y los componentes que contiene, se puede hacer referencia a la descripción anterior de la Invención 1a.

[0239] La cantidad de aglutinante puede ser igual o superior a 0,5%, igual o superior a 1%, igual o superior a 1,5%, igual o superior a 2,0%, igual o superior a 3,0%, y/o inferior a 20%, igual o inferior a 15%, igual o inferior a 10%, igual o inferior a 9%, o inferior a 8%, basándose en el líquido que contiene aglutinante. De manera particularmente preferible, la cantidad de aglutinante puede ser de 1% a 10% o de 2% a 8% en peso, basándose en el líquido que contiene aglutinante. La cantidad de disolvente o medio disperso puede ser 80% en peso o más, 85% en peso o más, 90% en peso o más, 92% en peso o más, o 93% en peso o más, y/o, 99,9% en peso o menos, 99,5% en peso o menos, 99% en peso o menos, o 98,5% en peso o menos, basándose en el líquido que contiene aglutinante.

[0240] Adicionalmente, la cantidad del aglutinante es preferiblemente de 0,1% en peso a 10% en peso, de manera particularmente preferible de 0,5% en peso a 9,0% en peso, de 1,0% en peso a 8,0% en peso, o de 2,0% en peso a 7,0% en peso, basándose en el total de las fibras de carbono y las fibras de resina termoplástica. Apertura de la fibra

[0241] El componente de fibra, en particular las fibras de carbono, puede someterse previamente a un tratamiento de apertura de fibra. Para dicho tratamiento, se puede hacer referencia a la descripción anterior referente a la Invención 1a.

[0242] Mezcla

[0243] Con respecto al método para obtener una mezcla de fibras de carbono, fibras de resina termoplástica y líquido que contiene aglutinante, este no está particularmente limitado. Las fibras de carbono, las fibras de resina termoplástica y el líquido aglutinante se pueden cargar, en forma de mezcla, en un recipiente utilizado para la etapa de granulación. Por ejemplo, se puede verter el líquido aglutinante en una masa de fibras de carbono y fibras de resina termoplástica para obtener una mezcla, opcionalmente con agitación, y esta mezcla se puede cargar en un recipiente. Alternativamente, las fibras de carbono, las fibras de resina termoplástica y el líquido aglutinante se pueden cargar por separado en un recipiente y mezclar en el recipiente para formar una mezcla. La mezcla y la granulación se pueden realizar simultáneamente.

[0244] No es necesario que las fibras de carbono, las fibras de resina termoplástica y el líquido aglutinante de la mezcla se distribuyan uniformemente. La mezcla se puede agitar durante el procedimiento de granulación para mejorar la uniformidad.

[0245] Etapa de granulación

[0246] En el método según la Invención 1b de la presente divulgación, el precursor fusiforme se produce volteando las mezclas en un recipiente (en adelante este procedimiento se puede denominar "etapa de granulación").

[0247] El método para voltear la mezcla en el recipiente no está particularmente limitado y se puede utilizar un método conocido (en particular, un método de granulación conocido).

[0248] En particular, el precursor fusiforme se produce volteando la mezcla en un recipiente, en el espacio libre entre la pared interior del recipiente y el cuerpo giratorio. Sin ánimo de limitarse a la teoría, se cree que, al voltear una mezcla compuesta por fibras de carbono y fibras de resina termoplástica, y un líquido con aglutinante, en el espacio libre entre la pared interior del recipiente y el cuerpo giratorio del recipiente, las fibras se unen entre sí mediante un aglutinante, mientras se orientan en una dirección específica, y como resultado, se puede obtener un precursor fusiforme de forma especialmente eficiente.

[0249] El método para voltear la mezcla en el espacio libre entre la pared interior de un recipiente y el cuerpo giratorio del recipiente no está particularmente limitado. Para este método, se puede hacer referencia a la descripción anterior de la Invención 1a de la presente divulgación, excepto que la mezcla comprende fibras de carbono, fibras de resina termoplástica y un líquido que contiene aglutinante.

[0250] Precursor fusiforme

[0251] El precursor fusiforme contiene fibras de carbono y fibras de resina termoplástica, así como un aglutinante, y contiene un líquido (en particular, agua) obtenido a partir de dicho líquido. El líquido (en particular, la humedad) del precursor se puede eliminar en la siguiente etapa de secado.

[0252] Procedimiento de secado

[0253] En el método según la presente divulgación, el precursor fusiforme obtenido se seca.

[0254] El método para secar el precursor no está particularmente limitado, y las condiciones de temperatura, las condiciones de tiempo, etc., se pueden determinar según el contenido de humedad del precursor obtenido, etc. Con el fin de reducir la carga de secado, es posible someter el precursor fusiforme a un tratamiento de deshidratación después de la etapa de granulación y antes de la etapa de secado.

[0255] Invención 2

[0256] El pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono según la Invención 2 de la presente divulgación comprende fibras de carbono regeneradas y una resina termoplástica, caracterizada porque:

[0257] las fibras de carbono regeneradas tienen una resistencia a la tracción de la fibra individual de 3,0 GPa o superior y un parámetro de forma Weibull de 6,0 o superior; y

[0258] las fibras de carbono regeneradas contienen un componente de carbono residual y el contenido del componente de carbono residual es de más de 0% en peso y de 5,0% en peso o menos con respecto a las fibras de carbono regeneradas.

[0259] En general, el pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono se obtiene mediante el amasado en estado fundido una resina termoplástica y fibras de carbono en una extrusora de doble tornillo, etc. Sin embargo, la fibra de carbono puede romperse en la extrusora al someterse a un procedimiento de amasado que ejerce un alto esfuerzo de cizallamiento. Si la longitud media de las fibras de carbono en los pélets obtenidos es inferior a 300 µm, el efecto de refuerzo de las propiedades mecánicas puede verse reducido. Sin ánimo de limitarse a la teoría, se considera que la fibra de carbono regenerada, según la Invención 2 de la presente divulgación, presenta un alto parámetro de forma de Weibull para la resistencia a la tracción de una fibra individual y, por lo tanto, la variación de la resistencia a la tracción es pequeña. Por consiguiente, la rotura de la fibra individual de la fibra de carbono regenerada se suprime relativamente, ya que el número de fibras individuales con baja resistencia a la tracción es menor en comparación con una fibra de carbono común sin utilizar con una resistencia a la tracción equivalente.

[0260] Además, en general, cuando la variación en la resistencia a la tracción de las fibras de carbono introducidas en una extrusora es grande, las fibras con baja resistencia se trituran más finamente, de modo que quedan 300 µm o menos de fibras de carbono en el pélet en una cantidad relativamente grande. Por otro lado, como se describió anteriormente, se considera que, dado que la fibra de carbono regenerada según la Invención 2 de la presente divulgación presenta una pequeña variación en la resistencia a la tracción debido al alto parámetro de forma de Weibull, la proporción de fibras trituradas a 300 µm o menos se reduce, lo que da como resultado un importante efecto de refuerzo de las propiedades mecánicas.

[0261] En particular, en la producción del pélet según la Invención 2 de la presente divulgación, se puede utilizar un agregado de fibra de carbono como fuente de fibra de carbono regenerada. El agregado de fibra de carbono incluye fibras de carbono regeneradas y un aglutinante. Para conocer sus métodos de fabricación, se puede hacer referencia, por ejemplo, a la descripción de la Patente Núm.3452363 y del documento JP2020-180421A. En una realización particularmente preferible del método según la presente divulgación, se utiliza un agregado de fibra de carbono fusiforme. En cuanto al método para obtener el agregado de fibra de carbono fusiforme, se puede hacer referencia a la descripción anterior de la Invención 1a.

[0262] Al utilizar el agregado de fibra de carbono fusiforme como fuente de fibras de carbono regeneradas, las fibras se pueden suministrar de forma especialmente estable a la resina termoplástica, incluso cuando las fibras de carbono regeneradas tienen un bajo contenido de carbono residual.

[0263] Adicionalmente, sin ánimo de limitarse a la teoría, el agregado de fibra de carbono fusiforme se desfibra con relativa facilidad mediante amasado en una extrusora y se puede dispersar adecuadamente en la resina termoplástica, lo que permite producir un gránulo de resina termoplástica reforzada con fibras cortas sin amasado excesivo. Por lo tanto, se considera que, dado que la proporción de fibras de carbono que tienen una longitud relativamente larga se puede aumentar adicionalmente en un gránulo de resina termoplástica reforzada con fibras cortas, es posible producir un gránulo que exhiba propiedades mecánicas particularmente excelentes.

[0264] A continuación, se describirán con más detalle las invenciones según la Invención 2 de la presente divulgación. Fibra de carbono regenerada (material de fibra de carbono regenerada)

[0265] Una fibra de carbono regenerada (fibra de carbono reciclada) incluye un componente de fibra de carbono y un componente de carbono distinto del componente de fibra de carbono (en particular, un componente de carbono residual). Usualmente, en una fibra de carbono regenerada, se adhiere a la superficie del componente de fibra de carbono un componente de carbono distinto del componente de fibra de carbono.

[0266] Las fibras de carbono regeneradas según la presente divulgación se caracterizan porque tienen una resistencia a la tracción de la fibra individual de 3,0 GPa o superior y un parámetro de forma de Weibull de 6,0 o superior, y contienen un componente de carbono residual, en donde el contenido del componente de carbono residual es más de 0% en peso y 5,0% en peso o menos con respecto a las fibras de carbono regeneradas.

[0267] El método de regeneración no está particularmente limitado, siempre que las fibras de carbono regeneradas posean las características mencionadas. Se puede utilizar una fibra de carbono regenerada obtenida mediante tratamiento térmico de un artículo plástico que contiene fibra de carbono, tal como plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP).

[0268] De manera particularmente preferible, la fibra de carbono regenerada se obtiene mediante el método de activación térmica de semiconductores (método TASC). En otras palabras, una realización especialmente preferida de la presente divulgación incluye una fibra de carbono regenerada producida mediante la descomposición de un componente plástico contenido en un artículo plástico que contiene fibra de carbono mediante el método de activación térmica de semiconductores.

[0269] Más adelante se describirá un método para obtener una fibra de carbono regenerada que tenga las características según la Invención 2 de la presente divulgación utilizando el método de activación térmica de semiconductores.

[0270] Longitud media de la fibra residual

[0271] Preferiblemente, la longitud media residual de las fibras de carbono regeneradas en el pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono (es decir, la longitud media de las fibras de carbono regeneradas presentes en el pélet) es de 300 µm o más. Preferiblemente, la longitud media residual de las fibras de carbono regeneradas es de 320 µm o más, 330 µm o más, o 340 µm o más. El límite superior de la longitud media residual de las fibras de carbono regeneradas no está particularmente limitado, pero puede ser de 600 µm o menos, o de 500 µm o menos.

[0272] La longitud media de fibra residual de la fibra de carbono regenerada en el pélet termoplástico reforzado con fibra de carbono se puede calcular como un valor promedio numérico, eliminando la resina de matriz en un pélet mediante un método de descomposición conocido (por ejemplo, método de descomposición con ácido sulfúrico, método de descomposición térmica o método de descomposición con disolvente), después realizando una filtración y después midiendo la longitud de fibra individual de 300 o más fibras individuales utilizando un microscopio.

[0273] Tasa de presencia de fibras individuales de 300 µm o menos

[0274] Con respecto a la fibra de carbono regenerada en el pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono, la tasa de presencia de fibras individuales de 300 µm o menos es preferiblemente de 40% o menos. La tasa de presencia de fibras individuales de 300 µm o menos es de manera particularmente preferible de 39%, 38%, 37% o 36% o menos. El límite inferior de la tasa de presencia de fibras individuales de 300 o menos no está particularmente limitado, pero puede ser, por ejemplo, 1% o más, o 10% o más.

[0275] La tasa de presencia de fibras individuales de 300 µm o menos se puede obtener midiendo la longitud de las fibras individuales de la misma manera que la medición de la longitud de fibra residual promedio descrita anteriormente, y después calculando el porcentaje del número de fibras de 300 µm o menos.

[0276] Resistencia a la tracción de la fibra individual

[0277] La resistencia a la tracción de la fibra individual es preferiblemente de 3,1 GPa o superior, 3,2 GPa o superior, 3,3 GPa o superior, o 3,4 GPa o superior. El límite superior de la resistencia a la tracción de la fibra individual no está particularmente limitado, pero puede ser 6,0 GPa o menos.

[0278] La resistencia a la tracción de la fibra individual se puede medir según JIS R7606 de la siguiente manera: se recogen al menos 30 monofilamentos (es decir, fibras individuales) de un haz de fibras, el área de la sección transversal se calcula midiendo el diámetro de la fibra individual en una imagen lateral de la fibra individual capturada por un microscopio digital.

[0279] la fibra individual muestreada se fija a un soporte perforado mediante un adhesivo,

[0280] se ancla un soporte al que se fija la fibra individual a un comprobador de tracción y se realiza una prueba de tracción a una longitud de prueba de 10 mm y una velocidad de deformación de 1 mm/min, para medir la tensión de rotura.

[0281] la resistencia a la tracción se calcula a partir del área de la sección transversal de la fibra individual y la tensión de rotura, y

[0282] se utiliza la resistencia a la tracción media de al menos 30 fibras individuales como resistencia a la tracción de la fibra individual.

[0283] Parámetro de forma de Weibull

[0284] El parámetro de forma de Weibull es preferiblemente igual o superior a 6,5, 7,0, 7,5, 8,0 o 8,5. El límite superior del parámetro de forma de Weibull no está particularmente limitado, pero puede ser igual o inferior a 15,0. Cabe destacar que cuando el parámetro de forma de Weibull de la resistencia a la tracción de la fibra individual es alto, significa que la variación de la resistencia a la tracción de la fibra individual es pequeña.

[0285] El parámetro de forma de Weibull se puede calcular según la siguiente ecuación:

[0287] en donde F es la probabilidad de fractura determinada por el método de distribución acumulativa de muestra simétrica, a es la resistencia a la tracción de la fibra individual (MPa), m es el parámetro de forma de Weibull y C es la constante.

[0288] El parámetro de forma de Weibull m se puede obtener en un gráfico de Weibull de lnln {1/(1- F)} y lnσ, a partir de la pendiente aproximada de primer orden.

[0289] Componente de fibra de carbono

[0290] El componente de fibra de carbono en la fibra de carbono regenerada se suele obtener a partir del contenido de fibra de carbono de un artículo que contiene fibra de carbono, etc., utilizado como materia prima para la fibra de carbono regenerada. Se puede modificar un componente de fibra de carbono en la fibra de carbono regenerada mediante un tratamiento térmico, etc., durante el procedimiento de producción de la fibra de carbono regenerada.

[0291] El componente de fibra de carbono en la fibra de carbono regenerada puede ser, por ejemplo, una fibra de carbono basada en PAN o una fibra de carbono basada en brea.

[0292] La forma del componente de fibra de carbono en las fibras de carbono regeneradas no está particularmente limitada, pero puede ser una forma de haz de fibras de carbono que comprende varias fibras individuales (es decir, fibras individuales, filamentos). El número de filamentos que componen el haz de fibras de carbono puede variar de 1.000 a 80.000 o de 3.000 a 50.000. Además, el diámetro de los filamentos que constituyen el componente de fibra de carbono en la fibra de carbono regenerada puede ser de 0,1 µm a 30 µm, de 1 µm a 10 µm o de 3 µm a 8 µm.

[0293] Componente de carbono residual

[0294] El componente de carbono residual contenido en las fibras de carbono regeneradas es, en particular, un carbono residual derivado de una resina contenida en un artículo plástico que contiene fibra de carbono utilizado como materia prima en la producción de la fibra de carbono regenerada.

[0295] Preferiblemente, el componente de carbono residual es de 4,0% en peso o menos, de 3,0% en peso o menos, o de 2,0% en peso o menos, con respecto a las fibras de carbono regeneradas. El componente de carbono residual se reduce preferiblemente al máximo, pero puede ser del 0,1% en peso o más, de 0,2% en peso o más, de 0,4% en peso o más, de 0,6% en peso o más, de 0,8% en peso o más, de 1,0% en peso o más, o de 1,2% en peso o más, con respecto a las fibras de carbono.

[0296] El contenido del componente de carbono residual en las fibras de carbono regeneradas se puede medir mediante el análisis termogravimétrico (método TGA).

[0297] Con respecto a un método para medir el componente de carbono residual mediante análisis termogravimétrico, se puede hacer referencia a la descripción anterior de la Invención 1a.

[0298] Resina termoplástica

[0299] Entre los ejemplos de la resina termoplástica contenida en el pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono, según la Invención 2 de la presente divulgación, se incluyen resinas de poliolefina (por ejemplo, resinas de polipropileno y resinas de polietileno), resinas de poliéster (por ejemplo, resinas de tereftalato de polietileno, resinas de tereftalato de polibutileno y resinas de ácido poliláctico), resinas de poliamida, resinas de poliéter cetona, resinas de policarbonato, resinas fenoxi y resinas de sulfuro de polifenileno. La resina termoplástica puede ser de un solo tipo o una mezcla de dos o más tipos de resinas termoplásticas.

[0300] Pélet

[0301] El pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono según la Invención 2 de la presente divulgación comprende fibras de carbono regeneradas y una resina termoplástica.

[0302] La forma del pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono según la Invención 2 de la presente divulgación no está particularmente limitada, pero la longitud del pélet en la dirección longitudinal es preferiblemente de 3 mm o más y 10 mm o menos, y puede en particular ser de 5 mm o menos.

[0303] Contenido de fibra de carbono regenerada

[0304] El contenido de fibras de carbono regeneradas en el pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono según la Invención 2 de la presente divulgación es preferiblemente 30% en peso o menos, menos de 30% en peso, 20% en peso o menos, 15% en peso o menos, y/o, 5% en peso o más, 7% en peso o más, 8% en peso o más, o 10% en peso o más, basándose en el pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono. Cuando el contenido de fibras de carbono regeneradas es igual o inferior a 30% en peso del pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono, las fibras de carbono se dispersan de una manera particularmente uniformemente en el pélet. Además, cuando el contenido de fibras de carbono regeneradas es igual o superior a 5% en peso del pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono, se logra un efecto de refuerzo particularmente bueno de las propiedades mecánicas del pélet.

[0305] Método de producción de pélets

[0306] En cuanto a un método para producir el pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono según la Invención 2 de la presente divulgación, este no está particularmente limitado, pero se puede obtener, por ejemplo, mediante un método de producción, que comprende:

[0307] proporcionar fibras de carbono regeneradas,

[0308] proporcionar una resina termoplástica, y

[0309] amasar las fibras de carbono regeneradas con la resina termoplástica que se ha fundido,

[0310] en donde,

[0311] las fibras de carbono regeneradas tienen una resistencia a la tracción de la fibra individual de 3,0 GPa o superior y un parámetro de forma de Weibull de 6,0 o superior, y

[0312] las fibras de carbono regeneradas contienen un componente de carbono residual, y el contenido del componente de carbono residual es más de 0% en peso y de 5,0% en peso o menos con respecto a las fibras de carbono regeneradas.

[0313] Con respecto a la fibra de carbono regenerada y la resina termoplástica utilizadas en la producción del pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono según la Invención 2 de la presente divulgación, se puede hacer referencia a las descripciones anteriores del pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono según la Invención 2 de la presente divulgación.

[0314] En la etapa de provisión de fibras de carbono regeneradas, se puede utilizar un agregado de fibra de carbono fusiforme como fuente de fibras de carbono regeneradas. Es decir, cuando se proporcionan fibras de carbono regeneradas, se puede proporcionar un agregado de fibra de carbono fusiforme que contiene fibras de carbono regeneradas como fibras de carbono regeneradas. Para el agregado de fibra de carbono fusiforme, se puede hacer referencia a la descripción anterior del agregado de fibra de carbono fusiforme según la Invención 1a de la presente divulgación. Al utilizar un agregado de fibra de carbono fusiforme como fuente de fibras de carbono regeneradas, se puede mejorar aún más la capacidad de alimentación durante la producción de pélets, en comparación con el caso en el que se utilizan fibras cortadas como fuente de fibras de carbono regeneradas. El método para producir el agregado de fibra de carbono fusiforme no está particularmente limitado, pero preferiblemente, el agregado de fibra de carbono fusiforme se puede producir según el método de la Invención 1a de la presente divulgación para producir el agregado de fibra de carbono.

[0315] En una realización ilustrativa para producir el pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono según la presente divulgación, se suministra una resina termoplástica que sirve como resina base a través de un alimentador principal de una extrusora de amasado de doble tornillo; la resina se amasa y se funde en la extrusora, y después se suministran fibras de carbono regeneradas (en particular, agregados de fibra de carbono regenerada fusiforme) a esta resina desde un alimentador de doble tornillo; y el material extruido que se ha amasado se enfría en un baño enfriado con agua, y después se corta para obtener un pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono.

[0316] Artículo moldeado

[0317] Se puede producir un artículo moldeado moldeando el pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono según la presente divulgación utilizando una extrusora, etc. Los artículos moldeados formados utilizando el pélet según la presente divulgación exhiben buenas propiedades físicas y, en particular, buenas propiedades mecánicas.

[0318] Resistencia a la tracción

[0319] Preferiblemente, según la norma ISO527, un artículo moldeado, que se produce mediante el método descrito en la sección de Ejemplos, exhibe una resistencia a la tracción de 90 MPa o más, de manera particularmente preferible de 92 MPa a 110 MPa o de 95 MPa a 100 MPa.

[0320] Resistencia a la flexión

[0321] Preferiblemente, según la norma ISO178, un artículo moldeado, que se produce mediante el método descrito en la sección de Ejemplos, exhibe una resistencia a la flexión de 140 MPa o superior, de manera particularmente preferible de 140 MPa a 160 MPa, de 140 MPa a 150 MPa o de 140 MPa a 145 MPa.

[0322] Módulo de flexión

[0323] Preferiblemente, según la norma ISO178, un artículo moldeado, que se produce mediante el método descrito en la sección de Ejemplos, exhibe un módulo de flexión de 7100 MPa o superior, de manera particularmente preferible de 7100 MPa a 8000 MPa, de 7100 MPa a 7500 MPa o de 7100 MPa a 7400 MPa.

[0324] Método para producir una fibra de carbono regenerada mediante el método de activación térmica de semiconductores.

[0325] A continuación, se describe un método para obtener una fibra de carbono regenerada que tiene las características de la Invención 2 de la presente divulgación mediante el método de activación térmica de semiconductores. En la siguiente descripción, se describirá primero un método para descomponer un material que contiene plástico y, a continuación, un método para recuperar un material inorgánico (fibra de carbono) a partir de un material que contiene plástico y el material inorgánico (fibra de carbono) mediante este método de descomposición.

[0326] Método para descomponer material que contiene plástico

[0327] El método para descomponer un material que contiene plástico según la presente divulgación comprende: calentar el material que contiene plástico a una primera temperatura de superficie en presencia de un material semiconductor en una atmósfera de un horno en el que se introduce un gas de baja concentración de oxígeno que tiene una concentración de oxígeno de menos de 10% en volumen, para descomponer un plástico contenido en el material que contiene plástico.

[0328] La FIG.2 muestra una vista transversal conceptual que explica el método de descomposición según la presente invención. A continuación, se describe el mecanismo de descomposición del material que contiene plástico según la presente invención. Cabe destacar que no se pretende limitar la presente invención a la teoría. Se considera que al calentar un material semiconductor 11 en una atmósfera de oxígeno, se generan huecos h<+>y electrones e<->en el material semiconductor 11, y los electrones e<->reaccionan con el oxígeno O₂ de la atmósfera para generar radicales O₂<->(oxígeno activo). A continuación, en un material que contiene plástico 12 dispuesto adyacentemente al material semiconductor 11, se produce la propagación de radicales, y el material que contiene plástico 12 se descompone en componentes de bajo peso molecular y, nuevamente, se oxida y se descompone en gases descompuestos tales como CO<2>, H<2>O, CH<4>, etc. Se considera que los radicales promueven la descomposición oxidativa del plástico al extraer hidrógeno del plástico.

[0329] Al utilizar un material semiconductor, se puede reducir el calor introducido para la descomposición del plástico en comparación con el caso en donde no se utiliza un material semiconductor y, como resultado, se puede reducir el consumo de energía.

[0330] En el método convencional de descomposición de plásticos, basándose en la activación térmica de semiconductores, se puede generar un calor excesivo inducido por oxidación durante el tratamiento térmico. En el método convencional, se considera que, dado que el tratamiento térmico se realiza en una atmósfera en la que la concentración de oxígeno no está controlada, se genera un exceso de radicales, lo que da como resultado la generación de calor excesivo inducido por oxidación.

[0331] Por otra parte, los autores de la presente invención han descubierto que incluso en presencia de un material semiconductor, utilizando una concentración de oxígeno relativamente baja, es posible someter un plástico a un tratamiento térmico eficiente, al tiempo que se suprime la generación de calor excesivo inducido por oxidación. En particular, en la fase inicial de la descomposición térmica de un plástico, tiende a generarse un calor excesivo inducido por oxidación debido a la cantidad relativamente grande de plástico. Por otro lado, según el método de la presente divulgación, dado que el tratamiento térmico se realiza eficientemente a una concentración de oxígeno relativamente baja, es posible suprimir la generación de calor excesivo inducido por oxidación incluso en la fase inicial de la descomposición.

[0332] Por lo tanto, según el método de la presente divulgación, dado que el tratamiento térmico se realiza en presencia de un material semiconductor, es posible obtener una buena eficiencia de descomposición incluso a una concentración de oxígeno relativamente baja y, adicionalmente, al hacer que la concentración de oxígeno en el horno sea relativamente baja, es posible suprimir el calor excesivo inducido por oxidación y, por lo tanto, es posible lograr un tratamiento de descomposición que tenga una estabilidad mejorada.

[0333] El método de descomposición según la presente invención se describirá con referencia a un dibujo que representa una realización ilustrativa.

[0334] La FIG. 3 es una vista en sección transversal que muestra esquemáticamente una realización del método de descomposición según la presente divulgación. El horno 20 mostrado en la FIG. 3 incluye una fuente de calor (calentador) 23, un suministro de gas 24, un puerto de escape 25 y un espacio interno 26. En el espacio interno 26 del horno 20 está dispuesto un soporte poroso 21, y sobre la superficie del soporte 21 se encuentra un material semiconductor. En la realización de la FIG.3, está dispuesto un material que contiene plástico 22 en contacto con el soporte 21.

[0335] La temperatura de la atmósfera en el espacio interior 26 del horno 20 se puede controlar mediante la fuente de calor (calentador) 23 del horno 20, de modo que la temperatura de superficie del material que contiene plástico 22 se mantenga a una temperatura determinada. La temperatura de superficie del material que contiene plástico 22 se puede medir mediante un sensor de temperatura 27 ubicado a 5 mm de la superficie del material que contiene plástico 22.

[0336] Un gas de baja concentración de oxígeno, que tiene una concentración inferior a 10% en volumen, se introduce en el espacio interno 26 del horno 20 a través del suministro de gas 24. La concentración de oxígeno en la atmósfera del horno 20 se puede controlar seleccionando la velocidad de introducción del gas de baja concentración de oxígeno, en función del volumen interno del horno. Por ejemplo, el gas de baja concentración de oxígeno se puede introducir en el horno a través del suministro de gas proporcionado en el horno o se puede succionar aplicando presión de succión a la lumbrera de escape 25.

[0337] El gas de baja concentración de oxígeno es, por ejemplo, una mezcla de aire y nitrógeno. La concentración de oxígeno en el horno se puede controlar seleccionando la proporción de aire y gas nitrógeno.

[0338] En una atmósfera donde la concentración de oxígeno se controla a menos de 10% en volumen mediante la introducción de gas de baja concentración de oxígeno, el material que contiene plástico se calienta a una primera temperatura de superficie, por ejemplo, de 300°C a 600°C. Como resultado, el plástico contenido en el material que contiene plástico 22 se descompone en gases descompuestos como vapor de agua, dióxido de carbono y metano, y los gases descompuestos se descargan por el puerto de escape 25 del horno 20.

[0339] Después de dicho tratamiento térmico a una concentración de oxígeno inferior a 10% en volumen, se puede realizar un tratamiento térmico adicional en donde la concentración de oxígeno se incrementa hasta 10% en volumen o más.

[0340] Adicionalmente, después del tratamiento térmico, se puede recuperar un material inorgánico contenido en el material que contiene plástico.

[0341] A continuación, se describirá con más detalle un método de descomposición según la presente divulgación. Material que contiene plástico

[0342] El material que contiene plástico contiene un plástico. Este material que contiene plástico puede ser plástico o un material compuesto de plástico.

[0343] Los ejemplos del plástico contenido en el material que contiene plástico incluyen una resina termoplástica y una resina termoendurecible.

[0344] Los ejemplos de la resina termoplástica contenida en el material que contiene plástico incluyen resinas de policarbonato (PC), resinas de polietileno (PE), resinas de polipropileno (PP), resinas de cloruro de polivinilo (PVC), resinas de poliestireno (PS), resinas de tereftalato de polietileno (PET), resinas de acrilonitrilobutadieno-estireno (ABS), resinas de poliamida (PA), resina de ácido poliláctico (PLA), resinas de poliimida (PI), resinas de poli(metacrilato de metilo) (PMMA), resinas metacrílicas, resinas de alcohol polivinílico (PVA), resinas de poliacetal, resinas de petróleo, resinas AS, resinas de éter de polifenileno modificadas, resinas de tereftalato de polibutileno (PBT), resinas de polibuteno (PB), fluororresinas, resinas de poliacrilato, resinas de poliéter éter cetona (PEEK) y resinas de sulfuro de polifenileno (PPS).

[0345] Los ejemplos de resina termoendurecible contenida en el material que contiene plástico incluyen resinas fenólicas, resinas de espuma de uretano, resinas de poliuretano, resinas de urea, resinas epoxídicas, resinas de poliéster insaturado, resinas de melamina, resinas alquídicas, resinas de éster de vinilo y resinas de cianato. El material que contiene plástico puede contener al menos uno seleccionado del grupo que consiste en las resinas termoplásticas y las resinas termoendurecibles descritas anteriormente.

[0346] Material compuesto de plástico

[0347] El material que contiene plástico es, en particular, un material compuesto de plástico. Este material compuesto de plástico es, por ejemplo, un plástico reforzado con fibra (FRP). Una fibra de refuerzo contenida en el plástico reforzado con fibra incluye fibra de carbono.

[0348] Plástico reforzado con fibra de carbono

[0349] El material compuesto de plástico es, en particular, un producto plástico que contiene fibra de carbono, tal como el plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP). El plástico reforzado con fibra de carbono contiene un plástico y un material de fibra de carbono (fibra de carbono). El plástico reforzado con fibra de carbono puede comprender otros componentes y/o materiales (p. ej., una fibra de refuerzo distinta de la fibra de carbono, un artículo moldeado de resina, un metal, una cerámica, etc.).

[0350] Entre los ejemplos de fibra de carbono contenida en el plástico reforzado con fibra de carbono se incluyen, pero sin limitarse a, la fibra de carbono tipo PAN y la fibra de carbono tipo brea. La fibra de carbono puede ser de un solo tipo o estar compuesta por dos o más tipos.

[0351] El material de fibra de carbono contenido en el plástico reforzado con fibra de carbono puede tener cualquier forma y puede ser, por ejemplo, un haz de fibra de carbono, un tejido formado a partir de un haz de fibra de carbono o un tejido de fibra de carbono no tejido.

[0352] Introducción de gas de baja concentración de oxígeno

[0353] En el método según la presente divulgación, se introduce en la atmósfera del horno un gas de baja concentración de oxígeno que tiene una concentración de oxígeno de menos de 10% en volumen.

[0354] Preferiblemente, la concentración de oxígeno del gas de baja concentración de oxígeno introducido en la atmósfera del horno es más de 0% en volumen, 1% en volumen o más, 2% en volumen o más, 3% en volumen o más, o 4% en volumen o más, y/o 9% en volumen o menos, 8% en volumen o menos, o 7% en volumen o menos. El momento de introducción del gas de baja concentración de oxígeno en el horno se puede determinar en función, por ejemplo, de tipo de plástico presente en el material y de la temperatura de superficie a la que comienza la descomposición del plástico. Adicionalmente, el momento de introducción del gas de baja concentración de oxígeno en el horno se puede determinar basándose en datos adquiridos previamente sobre el autocalentamiento del material que contiene plástico.

[0355] En una realización preferida según la presente divulgación, el gas de baja concentración de oxígeno se introduce en la atmósfera del horno mientras la temperatura de superficie del material que contiene plástico contenido en el horno es inferior a 300°C.

[0356] Más preferiblemente, el gas de baja concentración de oxígeno que tiene una concentración de oxígeno de menos de 10% en volumen se introduce en la atmósfera del horno mientras la temperatura de superficie del material que contiene plástico contenido en el horno es de 250°C o menos, 200°C o menos, o 150°C o menos. Más preferiblemente, el gas de baja concentración de oxígeno que tiene una concentración de oxígeno inferior a 10% en volumen, se introduce en la atmósfera del horno que contiene un material que contiene plástico con una temperatura de superficie inferior a 300°C para lograr una concentración de oxígeno inferior a 10% en volumen en la atmósfera del horno. Cabe destacar que cuando se introduce en la atmósfera del horno el gas de baja concentración de oxígeno inferior a 10% en volumen en la atmósfera del horno, el límite inferior de la temperatura de superficie del material que contiene plástico contenido en el horno no está limitado, pero puede ser, por ejemplo, 0°C o más, 10°C o más, 20°C o más, o igual o superior a la temperatura ambiente.

[0357] Más preferiblemente, el gas de baja concentración de oxígeno que tiene una concentración de oxígeno de menos de 10% en volumen se introduce en la atmósfera del horno, en particular en la atmósfera del horno que contiene un material que contiene plástico que tiene una temperatura de superficie de menos de 300°C, para controlar la concentración de oxígeno en la atmósfera del horno a más de 0% en volumen, 1% en volumen o más, 2% en volumen o más, 3% en volumen o más, o 4% en volumen o más, y/o 9% en volumen o menos, 8% en volumen o menos, o 7% en volumen o menos.

[0358] La concentración de oxígeno en el horno se puede medir directamente con un oxímetro (control de oxígeno) o determinar a partir del volumen interno del horno y la cantidad de gas introducido en el horno. La concentración de oxígeno en el horno es, preferiblemente, la concentración media de oxígeno durante el tratamiento térmico. La introducción del gas de baja concentración de oxígeno en el horno se puede realizar, por ejemplo, impulsando el gas de baja concentración de oxígeno a través de una pieza de suministro de gas, o realizando succión desde un puerto de succión (o un puerto de escape) proporcionado en el horno, de modo que el gas fluya al horno desde una pieza de suministro ubicada en una ubicación diferente del puerto de succión. La pieza de suministro de gas puede tener, por ejemplo, una abertura o un material permeable al gas.

[0359] La cantidad de gas introducida en el horno se puede seleccionar basándose en la cantidad unitaria de resina que se deba descomponer (por ejemplo, una resina epoxídica), y dependiendo de la capacidad y la concentración de oxígeno deseada del horno, etc.

[0360] Por ejemplo, la velocidad de introducción de gas al horno por unidad de resina se puede determinar en un intervalo de 1 a 1000 (L/min)/kg, preferiblemente de 2 a 700 (L/min)/kg. Además, el tiempo necesario para reemplazar la atmósfera del horno por el gas introducido se puede determinar basándose en la velocidad de introducción de gas determinada y de volumen del horno utilizado.

[0361] En particular, la velocidad de introducción del gas de baja concentración de oxígeno se puede seleccionar con respecto al volumen del horno, de modo que la atmósfera en el horno se reemplace por el gas de baja concentración de oxígeno introducido mientras la temperatura de superficie del material que contiene plástico contenido en el horno sea inferior a 300°C.

[0362] El gas de baja concentración de oxígeno introducido en el horno puede comprender un gas de dilución, y es en particular una mezcla de gases de aire y gas de dilución. Entre los ejemplos del gas de dilución se incluyen nitrógeno gaseoso, dióxido de carbono gaseoso, vapor de agua y vapor de agua sobrecalentado. Cabe destacar que el vapor de agua sobrecalentado se calienta a una temperatura igual o superior a punto de ebullición. La ventaja del vapor de agua sobrecalentado es que posee propiedades de transferencia de calor relativamente altas hacia el material a descomponer.

[0363] Horno

[0364] El horno puede ser de un horno de combustión o un horno eléctrico. El horno puede tener, por ejemplo, con un espacio interno para alojar el material que contiene plástico y el material semiconductor, una fuente de calor (calentador) para calentar la atmósfera del horno, un suministro de gas para introducir el gas de baja concentración de oxígeno en el horno, un puerto de escape para descargar el gas descompuesto y, opcionalmente, un puerto de succión para aplicar presión de succión al interior del horno. Cabe destacar que también es posible utilizar una sola estructura para el puerto de escape y el puerto de succión. Por ejemplo, se pueden utilizar una o más aberturas proporcionadas en el horno como puerto de escape y/o puerto de succión. Temperatura de superficie

[0365] La "temperatura de superficie" del material que contiene plástico se puede determinar midiendo la temperatura dentro de los 5 mm del material que contiene plástico durante el tratamiento térmico.

[0366] La temperatura de superficie del material que contiene plástico se puede controlar, por ejemplo, controlando la temperatura en el horno a través de una fuente de calor del horno y/o introduciendo un gas de baja temperatura en el horno, y/o reduciendo la concentración de oxígeno para suprimir la generación de calor inducida por oxidación.

[0367] Adicionalmente, también es posible controlar la temperatura de superficie con mayor precisión, midiendo la temperatura de superficie del material que contiene plástico con un sensor de temperatura colocado a 5 mm de la superficie del material que contiene plástico y después controlando la fuente de calor del horno basándose en el valor medido en modo retroalimentación.

[0368] Adicionalmente, por ejemplo, se pueden adquirir datos de antemano con respecto a la correlación entre la temperatura en el horno y/o la salida de la fuente de calor y la temperatura de superficie medida por el sensor, y el tratamiento térmico se puede realizar en basándose en estos datos.

[0369] Tratamiento térmico

[0370] Un método según la presente divulgación que comprende:

[0371] calentar un material que contiene plástico a una primera temperatura de superficie en presencia de un material semiconductor en una atmósfera de un horno en el que se introduce un gas de baja concentración de oxígeno que tiene una concentración de oxígeno de menos de 10% en volumen, para descomponer un plástico contenido en el material que contiene plástico.

[0372] Preferiblemente, el tratamiento térmico se lleva a cabo en una atmósfera donde la concentración de oxígeno se ha controlado a menos de 10% en volumen mediante una introducción de un gas de baja concentración de oxígeno que tiene menos de 10% en volumen de concentración de oxígeno; en particular, el tratamiento térmico se lleva a cabo en una atmósfera que tiene más de 0% en volumen, 1% en volumen o más, 2% en volumen o más, 3% en volumen o más, o 4% en volumen o más de concentración de oxígeno, y/o que tiene 9% en volumen o menos, 8% en volumen o menos, o 7% en volumen o menos de concentración de oxígeno.

[0373] Primera temperatura de superficie

[0374] La "primera temperatura de superficie" es la temperatura de superficie del material que contiene plástico. Esta "primera temperatura de superficie" se puede determinar midiendo la temperatura a una distancia de 5 mm del material que contiene plástico durante el tratamiento térmico, de forma similar a la "temperatura de superficie" descrita anteriormente.

[0375] La primera temperatura de superficie puede ser de 300°C o más, 325°C o más, 350°C o más, y/o 600°C o menos, 550°C o menos, 500°C o menos, o 450°C o menos. La primera temperatura de superficie es, por ejemplo, de 300°C a 600°C, de 300°C a 550°C, de 300°C a 500°C o de 300°C a 450°C.

[0376] Cuando la primera temperatura de superficie es inferior a intervalo anterior, es posible que no se produzca la descomposición del plástico. Adicionalmente, cuando la primera temperatura de superficie supera el intervalo anterior, en caso de que el material que contiene plástico comprende un material valioso tal como fibra de carbono, el deterioro y/o la combustión del material valioso tal como fibra de carbono, debido al calentamiento en presencia de oxígeno, puede ser considerable. Al ajustar la primera temperatura de superficie a una temperatura relativamente baja, se mejora adicionalmente el efecto de supresión del calor excesivo inducido por oxidación.

[0377] En una realización preferida de la presente divulgación, la primera temperatura de superficie se incrementa a 450°C o más durante el tratamiento térmico con una concentración de oxígeno inferior a 10% en volumen. Si la temperatura de calentamiento es relativamente baja, la descomposición adicional del plástico puede verse obstaculizada por los carburos formados en la superficie del material que contiene plástico. Sin embargo, al incrementar la temperatura de superficie a 450°C o más, es posible eliminar los carburos incluso con una concentración de oxígeno relativamente baja. Por lo tanto, es posible mejorar aún más la eficiencia de descomposición del plástico.

[0378] Preferiblemente, el tratamiento térmico, con la introducción de un gas de baja concentración de oxígeno, con una concentración de oxígeno inferior a 10% en volumen, se realiza durante un período de tiempo predeterminado. Este tiempo predeterminado puede ser de 1 minuto a 600 minutos, preferiblemente de 30 minutos a 300 minutos, y más preferiblemente de 60 minutos a 180 minutos. Cabe destacar que el punto de inicio del "tiempo predeterminado" mencionado anteriormente puede ser un punto temporal en el que la temperatura del horno alcance los 300°C o un punto temporal en el que se haya detectado el inicio de la descomposición del plástico.

[0379] Material semiconductor

[0380] El material semiconductor se puede colocar en el horno junto con el material que contiene plástico, o el material semiconductor se puede colocar en el horno con antelación y después se puede colocar el material que contiene plástico adyacente o en contacto con el material semiconductor.

[0381] En una realización de la presente divulgación, el material que contiene plástico, sometido a tratamiento térmico, y el material semiconductor están dispuestos a una distancia entre sí de 50 mm o menos. Para ello, por ejemplo, se puede utilizar un espaciador dispuesto entre el material que contiene plástico y el material semiconductor. En este caso, aunque el límite inferior de la distancia no está particularmente limitado, puede ser superior a 0 mm, 1 mm, 5 mm o 10 mm.

[0382] La distancia entre el material que contiene plástico y el material semiconductor se puede medir en el lugar donde están más cerca uno del otro.

[0383] En otra realización preferida según la presente divulgación, el material que contiene plástico, que se somete a un tratamiento térmico, y el material semiconductor se colocan en contacto entre sí.

[0384] No existe ninguna limitación específica en cuanto a cómo entran en contacto el material que contiene plástico y el material semiconductor. Por ejemplo, se pueden poner en contacto colocando el material que contiene plástico sobre el material semiconductor. Adicionalmente, el material que contiene plástico se puede colocar sobre el material semiconductor que se encuentra en la superficie de un soporte. Asimismo, pueden ponerse en contacto rodeando o cubriendo al menos una parte o la totalidad del material que contiene plástico con el material semiconductor.

[0385] El material semiconductor no está particularmente limitado, siempre que sea estable a la temperatura y la concentración de oxígeno utilizadas en la presente invención. El material semiconductor contiene, por ejemplo, al menos uno seleccionado del grupo que consiste en los siguientes materiales:

[0386] BeO, MgO, CaO, SrO, BaO, CeO<2>, ThO<2>, UO<3>, U<3>O<8>, TiO<2>, ZrO<2>, V<2>O<5>, Y<2>O<3>, Y<2>O<2>S, Nb<2>O<5>, Ta<2>O<5>, MoO<3>, WO<3>, MnO<2>, Fe<2>O<3>, MgFe<2>O<4>, NiFe<2>O<4>, ZnFe<2>O<4>, ZnCo<2>O<4>, ZnO, CdO, Al<2>O<3>, MgAl<2>O<4>, ZnAl<2>O<4>, Tl<2>O<3>, In<2>O<3>, SiO<2>, SnO<2>, PbO<2>, UO<2>, Cr<2>O<3>, MgCr<2>O<4>, FeCrO<4>, CoCrO<4>, ZnCr<2>O<4>, WO<2>, MnO, Mn<3>O<4>, Mn<2>O<3>, FeO, NiO, CoO, Co<3>O<4>, PdO, CuO, Cu<2>O, Ag<2>O, CoAl<2>O<4>, NiAl<2>O<4>, Tl<2>O, GeO, PbO, TiO, Ti<2>O<3>, VO, MoO<2>, IrO<2>, RuO<2>, CdS, CdSe, CdTe, Cu<2>O, Sb<2>O<3>, MnO<3>y CoCrO<4>.

[0387] Preferiblemente, el material semiconductor es un material semiconductor óxido. Entre los materiales semiconductores óxidos preferidos se incluyen óxido de cromo, óxido de titanio, óxido de zinc, óxido de vanadio, óxido de tungsteno, óxido de molibdeno, óxido de cobalto, óxido de hierro y óxido de cobre.

[0388] La forma del material semiconductor no está particularmente limitada y puede ser, por ejemplo, en forma de placa, una forma granular o una forma de panal. Para facilitar la descomposición de un plástico, es preferible que el material semiconductor se encuentre sobre la superficie de un soporte permeable al aire. Entre los ejemplos de soporte permeable al aire se incluyen un cuerpo poroso de cerámica, etc., y un soporte que tiene forma de panal. El material semiconductor puede ser un cuerpo sinterizado de un semiconductor.

[0389] Calentamiento en dos fases

[0390] Un método de tratamiento térmico según una realización preferida de la presente divulgación comprende: someter el material que contiene plástico, que ha sido sometido al tratamiento térmico a la primera temperatura de superficie, a un tratamiento térmico en una atmósfera que tiene una concentración de oxígeno de 10% en volumen o más en presencia de un material semiconductor.

[0391] El tratamiento térmico a una concentración de oxígeno de 10% en volumen o más se realiza preferiblemente bajo una concentración de oxígeno de más de 10% en volumen, 12% en volumen o más, 15% en volumen o más, o 20% en volumen o más, y/o se realiza bajo una concentración de oxígeno del 30% en volumen o menos, o de 25% en volumen o menos.

[0392] En esta realización, que también se puede denominar calentamiento en dos fases, el material que contiene plástico, que ha sido sometido a un tratamiento térmico a una concentración de oxígeno relativamente baja, se somete a un tratamiento térmico adicional bajo una concentración de oxígeno mayor.

[0393] En la fase inicial de la descomposición térmica de un plástico, dado que la cantidad del plástico es relativamente alta, existe una alta probabilidad de que se genere calor excesivo inducido por oxidación. Por otro lado, en la realización anteriormente descrita con calentamiento en dos fases, tras un tratamiento térmico con una concentración de oxígeno relativamente baja, se realiza un tratamiento térmico con una concentración de oxígeno mayor. En otras palabras, dado que el calentamiento con una concentración de oxígeno mayor se realiza en una fase donde la cantidad de plástico se ha reducido debido al progreso de la descomposición, es posible suprimir la generación de calor excesivo inducido por oxidación.

[0394] Además, durante el tratamiento térmico con una concentración de oxígeno relativamente baja, una parte del plástico puede no vaporizarse y permanecer como carburo. Por otro lado, en la realización de calentamiento en dos fases mencionada anteriormente, dado que el tratamiento térmico posterior se realiza con una mayor concentración de oxígeno, es posible descomponer y eliminar eficazmente los carburos residuales, y como resultado, es posible mejorar adicionalmente la eficiencia de descomposición.

[0395] En cuanto al tratamiento térmico mediante la introducción de un gas de baja concentración de oxígeno inferior a 10% en volumen y el tratamiento térmico mediante una concentración de oxígeno igual o superior a 10% en volumen, estos tratamientos térmicos se pueden realizar de forma continua en el mismo horno. En otras palabras, por ejemplo, tras calentar un material que contiene plástico a la primera temperatura de superficie, la concentración de oxígeno se puede aumentar a 10% en volumen o más en el mismo horno, y se puede realizar un tratamiento térmico adicional. En el método convencional de descomposición de plásticos, tras un procesamiento por lotes, era necesario procesar el material que se debía tratar, por ejemplo, mediante trituración. Por otro lado, cuando el tratamiento térmico mediante introducción de un gas de baja concentración de oxígeno que tiene menos de 10% en volumen de concentración de oxígeno y el tratamiento térmico con una concentración de oxígeno igual o superior a 10% en volumen se realizan de forma continua en el mismo horno, es posible reducir el número de etapas del procedimiento.

[0396] La atmósfera con una concentración de oxígeno de 10% en volumen o superior se puede formar, por ejemplo, introduciendo en el horno un gas con una alta concentración de oxígeno que tiene una concentración de oxígeno de 10% en volumen o superior, y en particular, introduciendo aire y/o gas oxígeno en el horno. La concentración de oxígeno del gas con alta concentración de oxígeno puede ser superior a 10% en volumen, superior a 12% en volumen, superior a 15% en volumen, o superior a 20% en volumen, y/o de 30% en volumen o inferior, o de 25% en volumen inferior o inferior.

[0397] En el tratamiento térmico a una concentración de oxígeno de 10% en volumen o más, se puede utilizar el material semiconductor utilizado en el tratamiento térmico a la primera temperatura de superficie.

[0398] Segunda temperatura de superficie

[0399] En una realización particular, el material que contiene plástico, que ha sido sometido al tratamiento térmico a la primera temperatura de superficie, se calienta a una segunda temperatura de superficie en una atmósfera que tiene una concentración de oxígeno de 10% en volumen o más, en presencia de un material semiconductor. La "segunda temperatura de superficie" es la temperatura de superficie del material que contiene plástico que se va a tratar. La "segunda temperatura de superficie" se puede determinar midiendo la temperatura a una distancia de 5 mm del material que contiene plástico durante el tratamiento térmico, de la misma manera que se describe anteriormente para la "temperatura de superficie" y la "primera temperatura de superficie ".

[0400] La segunda temperatura de superficie puede oscilar entre 400°C y 600°C. Más preferiblemente, la segunda temperatura de superficie es de 425°C a 575°C, o de 450°C a 550°C.

[0401] Si la segunda temperatura de superficie es inferior a intervalo anterior, la eficiencia de descomposición podría no mejorar. Adicionalmente, si la segunda temperatura de superficie supera dicho intervalo, cuando el material que contiene plástico contiene un material valioso, tal como fibra de carbono, el deterioro o la combustión de dicho material, debido al calentamiento en presencia de oxígeno, puede ser considerable.

[0402] La segunda temperatura de superficie puede ser sustancialmente la misma que la primera temperatura de superficie.

[0403] Adicionalmente, la segunda temperatura de superficie puede ser mayor o igual que la primera temperatura de superficie, o puede ser mayor que la primera temperatura de superficie en al menos 5°C, al menos 10°C, al menos 25°C, al menos 50°C o al menos 75°C. El límite superior de la diferencia entre la primera temperatura de superficie y la segunda temperatura de superficie no está particularmente limitado, pero puede ser, por ejemplo, 200°C o menos, o 100°C o menos.

[0404] El tratamiento térmico con una concentración de oxígeno de 10% en volumen o superior se puede realizar durante un tiempo predeterminado. Este tiempo predeterminado puede ser, por ejemplo, de 1 minuto a 600 minutos, de 60 minutos a 360 minutos o de 90 minutos a 300 minutos.

[0405] Aplicación

[0406] Según el método descrito en la presente divulgación para la descomposición de materiales plásticos, es posible vaporizar y descomponer eficientemente una amplia variedad de plásticos. El método de descomposición descrito en la presente divulgación también puede aplicarse a otros materiales, tales como compuestos orgánicos volátiles (COV), gases de combustión y material particulado (MP), y también se puede utilizar para el tratamiento de gases de escape.

[0407] Método de recuperación de material inorgánico

[0408] A continuación, se describirá un método según la presente divulgación para recuperar un material inorgánico contenido en un material compuesto de plástico.

[0409] En una realización del método de recuperación según la presente divulgación, el material que contiene plástico como material compuesto de plástico contiene un plástico y un material inorgánico, comprendiendo el método de recuperación:

[0410] descomponer un plástico contenido en el material que contiene plástico mediante el método de descomposición descrito anteriormente, con el fin de recuperar el material inorgánico.

[0411] Para obtener detalles del método de descomposición según la presente divulgación que se puede utilizar en el método de recuperación según la presente divulgación, se puede hacer referencia a la descripción anterior con respecto al método de descomposición del material que contiene plástico.

[0412] Como se describió anteriormente, según el método de descomposición de la presente divulgación, es posible descomponer eficientemente un plástico. Por lo tanto, según el método de recuperación de la presente divulgación, dado que el plástico contenido en un material compuesto de plástico se puede descomponer eficiente y selectivamente, es posible recuperar eficientemente un material inorgánico que tenga buenas propiedades físicas.

[0413] Adicionalmente, en el método de recuperación según la presente divulgación, se puede recuperar un material inorgánico sin triturar el material compuesto de plástico. Sin embargo, cabe destacar que no se descarta la trituración del material compuesto de plástico, y la trituración se puede realizar opcionalmente.

[0414] Además, en caso de recuperar un material inorgánico de un material compuesto de plástico, es necesario suprimir la influencia del tratamiento térmico sobre el material inorgánico tanto como sea posible, con el fin de mantener la calidad del material inorgánico recuperado. En este sentido, en el método de descomposición descrito en la presente divulgación se suprime la generación de calor excesivo inducido por oxidación gracias a una concentración de oxígeno relativamente baja. Por lo tanto, según el método de recuperación descrito en la presente divulgación, es posible recuperar un material inorgánico que tenga mejores propiedades físicas. Calentamiento en dos fases

[0415] En otra realización del método de recuperación según la presente divulgación, un material compuesto de plástico que contiene plástico se somete a un calentamiento en dos fases. Más específicamente, el material compuesto de plástico se somete a un tratamiento térmico mediante la introducción de un gas de baja concentración de oxígeno (menor a 10%) y a un tratamiento térmico posterior con una concentración de oxígeno de 10% en volumen o superior, para descomponer el plástico y, por lo tanto, recuperar el material inorgánico.

[0416] Al recuperar un material inorgánico, es deseable evitar el deterioro de las propiedades físicas del material inorgánico debido al calor excesivo inducido por oxidación, y adicionalmente, es preferible evitar el deterioro de las propiedades físicas del material inorgánico causado por la carbonización del plástico y su adhesión al material inorgánico como residuo. En este sentido, en la realización en la que el material compuesto de plástico se somete a un calentamiento en dos fases, dado que se utiliza una concentración de oxígeno relativamente baja en la etapa inicial, en la que tiende a generarse el calor excesivo inducido por oxidación, se evita el deterioro de las propiedades físicas del material inorgánico. Adicionalmente, puesto que se realiza un tratamiento térmico adicional con una mayor concentración de oxígeno, se puede eliminar eficazmente el residuo de resina carbonizada del material inorgánico. Como resultado, mediante el método de recuperación de un material inorgánico mediante calentamiento en dos fases, es posible garantizar mejores propiedades físicas del material inorgánico recuperado.

[0417] Material inorgánico

[0418] El material compuesto de plástico que comprende un material inorgánico y un plástico incluye un plástico reforzado con fibra (FRP), en particular un plástico reforzado con fibra de carbono.

[0419] En particular, la fibra inorgánica es una fibra de carbono (un material de fibra de carbono).

[0420] Fibra de carbono

[0421] Entre los ejemplos de fibra de carbono contenida en el plástico reforzado con fibra de carbono se incluyen, pero sin limitarse a, la fibra de carbono tipo PAN y la fibra de carbono tipo brea. La fibra de carbono puede ser de un solo tipo o estar compuesta por dos o más tipos.

[0422] La fibra de carbono contenida en el plástico reforzado con fibra de carbono puede tener cualquier forma y puede ser, por ejemplo, un haz de fibras de carbono, un tejido formado a partir de haces de fibras de carbono o un tejido no tejido de fibras de carbono.

[0423] Producto recuperado

[0424] Según una realización del método de recuperación de la presente divulgación, se reduce el carbono residual derivado del plástico, que se recupera junto con el material inorgánico, y en particular, este carbono residual es igual o inferior a 5% en peso del material inorgánico recuperado. Preferiblemente, el carbono residual es igual o inferior a 4%, a 3%, a 2%, a 1%, a 0,9%, a 0,5% o a 0,1% en peso del material inorgánico recuperado. Si bien es preferible reducir al máximo el carbono residual, su límite inferior puede ser igual o superior a 0,001% en peso. La cantidad de carbono residual en el material inorgánico recuperado se puede medir de la misma manera que la cantidad de la fibra de carbono regenerada, que se describirá más adelante.

[0425] Adicionalmente, según el método de recuperación de la presente divulgación, es posible recuperar una fibra de carbono que tiene propiedades físicas superiores a las de una fibra de carbono antes de ser utilizada para la producción de un plástico reforzado con fibra de carbono.

[0426] En particular, según el método de recuperación de la presente divulgación, a partir de un plástico reforzado con fibra de carbono, es posible obtener, como material inorgánico, fibras de carbono que tienen una resistencia a la tracción de fibra individual de 3,0 GPa o superior y un parámetro de forma de Weibull de 6,0 o superior. Resistencia a la tracción de la fibra individual

[0427] La resistencia a la tracción de la fibra individual es preferiblemente de 3,1 GPa o superior, 3,2 GPa o superior, 3,3 GPa o superior, o 3,4 GPa o superior. El límite superior de la resistencia a la tracción de la fibra individual no está particularmente limitado, pero puede ser 6,0 GPa o menos.

[0428] La resistencia a la tracción de la fibra individual se puede medir según JIS R7606 de la siguiente manera: se recogen al menos 30 fibras individuales de un haz de fibras,

[0429] los diámetros de las fibras individuales se miden en una imagen de vista lateral de las fibras individuales capturada por un microscopio digital, para calcular un área de sección transversal,

[0430] las fibras individuales muestreadas se fijan a un papel de montaje perforado mediante un adhesivo, el papel de montaje, en donde se ha fijado la fibra individual, se fija a un comprobador de tracción y se realiza una prueba de tracción a una longitud de prueba de 10 mm y una velocidad de deformación de 1 mm/min, para medir la tensión de rotura.

[0431] la resistencia a la tracción se calcula a partir del área de la sección transversal y la tensión de rotura de la fibra individual, y

[0432] la resistencia a la tracción media de al menos 30 fibras individuales se determina como la resistencia a la tracción de cada fibra.

[0433] (Parámetro de forma de Weibull)

[0434] El parámetro de forma de Weibull es preferiblemente de 6,5 o superior, 7,0 o superior, 7,5 o superior, 8,0 o superior, o 8,5 o superior. El límite superior del parámetro de forma de Weibull no está particularmente limitado, pero puede ser de 15,0 o inferior. Cabe destacar que cuando el parámetro de forma de Weibull de la resistencia a la tracción de la fibra individual es alto, significa que la variación de la resistencia a la tracción de la fibra individual es pequeña.

[0435] El parámetro de forma de Weibull se puede calcular según la siguiente ecuación:

[0437] en donde, F es la probabilidad de fractura determinada por el método de distribución acumulativa de muestra simétrica, σ es la resistencia a la tracción de la fibra individual (MPa), m es el parámetro de forma de Weibull y C es una constante.

[0439] El parámetro de forma de Weibull m se puede obtener realizando el diagrama de Weibull de

[0440] y lnσ, a partir de la pendiente aproximada de primer orden.

[0441] Aplicación

[0442] Según el método de recuperación de la presente divulgación, por ejemplo, es posible recuperar de manera eficiente un material valioso tal como una fibra de refuerzo y un metal raro, al descomponer de manera eficiente solo una resina matriz contenida en productos tales como plásticos reforzados con fibra (FRP), paneles fotovoltaicos y circuitos electrónicos.

[0443] Fibra de carbono regenerada

[0444] La fibra de carbono regenerada (es decir, el material de fibra de carbono regenerada) según la presente divulgación se puede producir recuperando una fibra de carbono de un plástico reforzado con fibra de carbono. En una realización, según la presente divulgación, la fibra de carbono regenerada puede tener mejores propiedades físicas que las de una fibra de carbono antes de su uso en la producción de un plástico reforzado con fibra de carbono.

[0445] El método de producción de fibra de carbono regenerada no está particularmente limitado. Por ejemplo, la fibra de carbono regenerada se puede producir recuperando fibra de carbono regenerada de un plástico reforzado con fibra de carbono mediante el método de recuperación descrito en la presente divulgación.

[0446] En una realización, la fibra de carbono regenerada presenta una resistencia a la tracción de la fibra individual de 3,0 GPa o superior y un parámetro de forma de Weibull de 6,0 o superior. La resistencia a la tracción de la fibra individual y el parámetro de forma de Weibull se pueden medir y determinar mediante los métodos descritos anteriormente.

[0447] La resistencia a la tracción de la fibra de carbono regenerada es preferiblemente de 3,1 GPa o superior, 3,2 GPa o superior, 3,3 GPa o superior, o 3,4 GPa o superior. El límite superior de la resistencia a la tracción de la fibra no está particularmente limitado, pero puede ser 6,0 GPa o menos.

[0448] El parámetro de forma de Weibull de la fibra de carbono regenerada es preferiblemente igual o superior a 6,5, 7,0, 7,5, 8,0 o 8,5. El límite superior del parámetro de forma de Weibull no está particularmente limitado, pero puede ser igual o inferior a 15,0.

[0449] Método para producir fibra de carbono regenerada

[0450] En particular, un método para producir una fibra de carbono regenerada que tiene una resistencia a la tracción de fibra individual de 3,0 GPa o superior y un parámetro de forma de Weibull de 6,0 o superior y que tiene un contenido de un componente de carbono residual de más de 0% en peso y 5,0% en peso o menos con respecto a la fibra de carbono regenerada, comprende:

[0451] calentar un material que contiene plástico a una primera temperatura de superficie en presencia de un material semiconductor en una atmósfera de un horno en el que se introduce un gas de baja concentración de oxígeno que tiene una concentración de oxígeno inferior a 10% en volumen, para descomponer un plástico contenido en el material que contiene plástico,

[0452] en donde el material que contiene plástico es un plástico reforzado con fibra de carbono que contiene la fibra de carbono.

[0453] En particular, un método para producir una fibra de carbono regenerada que tiene una resistencia a la tracción de fibra individual de 3,0 GPa o superior y un parámetro de forma de Weibull de 6,0 o superior y que tiene un contenido de un componente de carbono residual de más de 0% en peso y 5,0% en peso o menos con respecto a la fibra de carbono regenerada, comprende:

[0454] calentar un material que contiene plástico a una primera temperatura de superficie en presencia de un material semiconductor en una atmósfera de un horno en el que se introduce un gas de baja concentración de oxígeno con una concentración de oxígeno inferior a 10% en volumen, y calentar el material que contiene plástico, que ha sido sometido al tratamiento térmico a la primera temperatura de superficie, en presencia de un material semiconductor en una atmósfera con una concentración de oxígeno de 10% en volumen o más, para descomponer un plástico contenido en el material que contiene plástico.

[0455] en donde el material que contiene plástico es un plástico reforzado con fibra de carbono que contiene la fibra de carbono.

[0456] En una realización preferida del método para producir fibras de carbono regeneradas según la presente divulgación, se introduce un gas de baja concentración de oxígeno en la atmósfera del horno mientras la temperatura de superficie del material que contiene plástico es inferior a 300°C.

[0457] Carbono residual

[0458] Preferiblemente, en la fibra de carbono regenerada según la presente divulgación, se reduce la cantidad de carbono residual, y en particular, este carbono residual es igual o inferior a 5% en peso con respecto a la fibra de carbono regenerada. Más preferiblemente, el carbono residual es igual o inferior a 4%, a 3%, a 2%, a 1%, a 0,9%, a 0,5% o a 0,1% en peso con respecto a la fibra de carbono regenerada.

[0459] Téngase en cuenta que el "carbono residual" es un componente carbonizado derivado de un plástico contenido en un plástico reforzado con fibra de carbono, que es una materia prima utilizada en la producción de la fibra de carbono regenerada.

[0460] La cantidad de carbono residual en una fibra de carbono regenerada se puede determinar mediante análisis termogravimétrico (TGA).

[0461] Con respecto a la medición de un contenido de carbono residual mediante análisis termogravimétrico, se puede hacer referencia a la descripción anterior referente a la Invención 1a.

[0462] Método para la fabricación de agregados de fibra de carbono fusiforme

[0463] Con respecto al agregado de fibra de carbono fusiforme y su método de producción descrito en la Invención 2, se puede hacer referencia a las descripciones anteriores de la Invención 1a. Adicionalmente, con respecto a la fibra de carbono regenerada contenida en el agregado de fibra de carbono, se puede hacer referencia a las descripciones anteriores con relación a la Invención 1a, así como las de la descripción anterior con relación a la fibra de carbono regenerada de la Invención 2.

[0464] Ejemplos

[0465] A continuación, se describirá la presente invención con más detalle con referencia a los ejemplos. Cabe destacar que los ejemplos son ilustrativos y la presente solicitud no se limita a los mismos.

[0466] Ejemplo 1A para la Invención 1a

[0467] Preparación de materiales

[0468] Fibra de carbono regenerada

[0469] Como fibras de carbono regeneradas se utilizaron fibras de carbono regeneradas que tenían un contenido de carbono residual de 1,4% en peso que se obtuvieron mediante el método de activación térmica de semiconductores.

[0470] La cantidad del componente de carbono residual en las fibras de carbono regeneradas se determinó mediante análisis termogravimétrico (método TGA) de la siguiente manera:

[0471] (i) Para una pieza de muestra de 1 a 4 mg obtenida moliendo la fibra de carbono regenerada, se realizó el análisis termogravimétrico a una velocidad de suministro de aire de 0,2 L/min, una velocidad de calentamiento de 5°C/min y una velocidad de registro de 1/6 s utilizando un analizador termogravimétrico durante un período de aproximadamente 600 minutos en total, en donde el análisis incluyó las etapas de: aumento de la temperatura desde temperatura ambiente hasta 100°C, mantenimiento de la temperatura a 100°C durante 30 minutos, aumento de la temperatura de 100°C a 400°C y mantenimiento la temperatura a 400°C durante 480 minutos,

[0472] (ii) en un gráfico que representa una tasa de pérdida de peso con respecto al tiempo, se identificó el punto de inflexión de la pendiente y se restó una tasa de pérdida de peso en la etapa de mantenimiento a 100°C del valor de una tasa de pérdida de peso en el punto de inflexión y, después, se calculó la cantidad de carbono residual.

[0473] Las fibras de carbono regeneradas tenían una longitud media de 5 mm.

[0474] Líquido que contiene aglutinante

[0475] Se preparó un líquido que contenía aglutinante, en donde el líquido que contenía aglutinante tenía 297 g de agua como medio dispersante con respecto a 5,05 g de resina con base de uretano como aglutinante.

[0476] Tratamiento de granulación

[0477] Para el tratamiento de granulación, se utilizó un granulador de agitación horizontal tipo Henschel (mezclador Loedige de 20 L, fabricado por Matsubo Corporation). El granulador de agitación contaba con una pala agitadora. El granulador de agitación estaba conectado a un eje montado horizontalmente en la pared lateral interior de una porción del recipiente del granulador de agitación y configurado para girar sobre él. Adicionalmente, la pala agitadora se configuró para que tuviera una separación de al menos aproximadamente 2 mm y como máximo aproximadamente 5 mm entre la propia pala agitadora y la pared interior de la porción del recipiente.

[0478] El granulador de agitación también tenía una cuchilla auxiliar para promover la apertura de la fibra.

[0479] Al mismo tiempo que la pala agitadora inició la rotación, se cargaron 500 g de las fibras de carbono regeneradas mencionadas anteriormente y 302 g del líquido que contenía aglutinante mencionado anteriormente en la porción del recipiente del granulador de agitación, y se realizó un tratamiento de mezcla y granulación durante 10 minutos a temperatura ambiente, con el fin de obtener precursores fusiformes.

[0480] El contenido de humedad de la mezcla fue de 37,0% en peso. La frecuencia de rotación de la pala agitadora fue de 320 rpm y la frecuencia de rotación de la pala auxiliar fue de 3000 rpm.

[0481] Tratamiento de secado

[0482] Los precursores resultantes se secaron en una secadora para obtener agregados de fibra de carbono según el Ejemplo A1.

[0483] Agregado de fibra de carbono

[0484] La FIG. 4 y la FIG. 5 muestran fotografías del agregado de fibra de carbono según el Ejemplo A1. Como se puede observar en estas figuras, el agregado de fibra de carbono según el Ejemplo A1 tenía forma ahusada. Contenido de aglutinante

[0485] El contenido del aglutinante en el agregado de fibra de carbono del Ejemplo A1 fue de 1,0% en peso.

[0486] Relación de aspecto

[0487] Se midieron el eje mayor y el eje menor de los agregados de fibra de carbono de A1 utilizando un calibrador y se calculó la relación de aspecto (eje mayor/eje menor) del agregado de fibra de carbono.

[0488] El eje menor se midió en el punto donde el agregado de fibra de carbono presentó la mayor anchura. Como resultado de las mediciones de 50 muestras (N=50), la relación de aspecto fue de 7,5.

[0489] Longitud media, anchura máxima media

[0490] Como resultado de la medición con un calibrador de 50 muestras (N=50), la longitud media del agregado de fibra de carbono, según el Ejemplo A1, fue de 13,5 mm y la anchura máxima media fue de 1,8 mm. Dado que la longitud media de las fibras de carbono regeneradas fue de 5 mm, la longitud media del agregado de fibra de carbono fue 2,7 veces la longitud media de las fibras de carbono regeneradas.

[0491] Densidad aparente

[0492] Se midió la densidad aparente de los agregados de fibra de carbono según el Ejemplo A1. Específicamente, la muestra se vertió desde una altura de 63 mm en un recipiente de 200 ml con un diámetro interior de 63 mm utilizando un embudo con un diámetro interior de salida de 18 mm, y se cargó hasta que la muestra quedó apilada. A continuación, tras nivelar la muestra, se midió el peso de la muestra. La densidad aparente se calculó basándose en este peso y el volumen del recipiente. En consecuencia, la densidad aparente fue de 181 g/L. Evaluación de la capacidad de alimentación

[0493] Se evaluó la capacidad de alimentación (es decir, la eficacia de alimentación) del agregado de fibra de carbono según el Ejemplo A1. Específicamente, el agregado de fibra de carbono según el Ejemplo A1 se suministró a un alimentador de bobina de tipo capacitivo (CFD-111, fabricado por Technovel Corporation) a una velocidad de alimentación de 1 g/min, y se evaluó la capacidad de alimentación. Si el suministro se puede realizar de forma continua durante 10 minutos, se evalúa como "bueno" en la Tabla 1 a continuación.

[0494] Las condiciones de fabricación y los resultados de la evaluación del agregado de fibra de carbono según el Ejemplo A1 se muestran en la Tabla 1 a continuación.

[0495] Ejemplo A2 para la Invención 1a

[0496] El agregado de fibra de carbono según el Ejemplo A2 se produjo y evaluó de la misma manera que en el Ejemplo A1, excepto que el contenido de aglutinante y el contenido de agua se cambiaron como se muestra en la Tabla 1. Las condiciones de fabricación y los resultados de la evaluación se muestran en la Tabla 1. Ejemplo A3 para la Invención 1a

[0497] El agregado de fibra de carbono según el Ejemplo A3 se produjo y se evaluó de la misma manera que en el Ejemplo A1, excepto que el contenido de aglutinante y el contenido de agua se cambiaron como se muestra en la Tabla 1. Las condiciones de fabricación y los resultados de la evaluación se muestran en la Tabla 1. Ejemplo A4 para la Invención 1a

[0498] El agregado de fibra de carbono del Ejemplo A4 se produjo y evaluó de la misma manera que en el Ejemplo A2, excepto que la longitud media de las fibras de carbono regeneradas fue de 10 mm. Las condiciones de fabricación y los resultados de la evaluación se muestran en la Tabla 1.

[0499] Ejemplo comparativo A1 para la Invención 1a

[0500] La producción de un agregado de fibra de carbono se intentó de la misma manera que en A2, excepto que la longitud media de las fibras de carbono regeneradas fue de 30 mm. Sin embargo, estas se enredaron en el granulador, por lo que no fue posible obtener un agregado de fibra de carbono con forma granular. Las condiciones de fabricación y los resultados se muestran en la Tabla 1 a continuación.

[0501] Ejemplo comparativo A2 para la Invención 1a

[0502] Se produjo un agregado de fibra de carbono de la misma manera que en el Ejemplo A4 excepto que se utilizó una fibra de carbono regenerada que tenía un contenido de carbono residual de 7,1% en peso.

[0503] La FIG. 6 muestra una fotografía del agregado de fibra de carbono del Ejemplo Comparativo A2. Como se puede observar en la FIG. 6, el agregado de fibra de carbono obtenido en el Ejemplo Comparativo A2 tenía una forma de placa plana, y no fue posible obtener un agregado de fibra de carbono fusiforme. Muchos de los agregados de fibra de carbono obtenidos en el Ejemplo Comparativo A2 permanecieron en forma de fibra de carbono regenerada cortada, y se unieron entre sí para formar un haz. En el Ejemplo Comparativo A2, también se observaron cuerpos granulares elípticos con tamaños no uniformes. Las condiciones de fabricación y los resultados se muestran en la Tabla 1 a continuación.

[0504] [Tabla 1]

[0505]

[0506]

[0509] 

[0510] Ejemplo B1 para la Invención 1b

[0511] Preparación de materiales

[0512] Fibra de carbono

[0513] Como fibras de carbono se utilizaron fibras de carbono regeneradas que tenían un contenido de carbono residual de 1,4% en peso, que se obtuvieron mediante el método de activación térmica de semiconductores. La cantidad de un componente de carbono residual en las fibras de carbono regeneradas se determinó mediante análisis termogravimétrico (método TGA) de la siguiente manera:

[0514] (i) Para una pieza de muestra de 4 mg obtenida pulverizando fibras de carbono regeneradas, se realizó un análisis termogravimétrico con un analizador termogravimétrico durante un período de aproximadamente 600 minutos en total, a una tasa de suministro de aire de 0,2 L/min, una velocidad de calentamiento de 5°C/min y una velocidad de registro de 1/6 s, en donde el análisis consistió en las etapas de: aumento de la temperatura de temperatura ambiente a 100°C, mantenimiento de la temperatura a 100°C durante 30 minutos, aumento de la temperatura de 100°C a 400°C y mantenimiento de la temperatura a 400°C durante 480 minutos, (ii) en un gráfico que representa la tasa de pérdida de peso con respecto al tiempo, se identificó el punto de inflexión de la pendiente y se restó la tasa de pérdida de peso en el período de mantenimiento a 100°C del valor de la tasa de pérdida de peso en el punto de inflexión, para calcular la cantidad de carbono residual. Las fibras de carbono regeneradas tenían una longitud media de 10 mm.

[0515] Fibra de resina termoplástica

[0516] Como fibras de resina termoplástica, se utilizaron fibras de resina de sulfuro de polifenileno (fibras de resina PPS, finura de filamento único de 4,4 denier) que tenían una longitud media de 5 mm.

[0517] Componente de fibra

[0518] Las fibras de resina PPS como fibras de resina termoplástica utilizadas en el Ejemplo B1 constituyeron 70 g, y las fibras de carbono regeneradas como fibras de carbono constituyeron 30 g.

[0519] Líquido que contiene aglutinante

[0520] Se preparó un líquido que contenía aglutinante con 88,5 g de agua como medio dispersante con respecto a 6,5 g de una resina con base de uretano como aglutinante (agente de encolado de emulsión en agua).

[0521] Procedimiento de granulación

[0522] Para el procedimiento de granulación, se utilizó un granulador de agitación horizontal tipo Henschel (mezclador de ápice PAM de 5 L, fabricado por Pacific Machinery & Engineering Co., Ltd.). El granulador de agitación contaba con una pala agitadora. Esta pala estaba conectada a un eje montado horizontalmente en la pared interior lateral del recipiente del granulador y está configurada para girar alrededor del eje. Además, la pala agitadora se configuró para que tuviera una holgura de aproximadamente 2 mm entre la propia pala agitadora y la pared interior del recipiente.

[0523] El granulador de agitación también tenía una cuchilla auxiliar para promover la apertura de la fibra.

[0524] Al mismo tiempo que la pala agitadora comenzó a girar, se cargaron 30 g de fibras de carbono regeneradas y 70 g de fibras de resina PPS y 95 g del líquido que contenía aglutinante en la porción del recipiente del granulador de agitación, y se mezclaron y granularon a temperatura ambiente durante 15 minutos para obtener precursores fusiformes.

[0525] El contenido de humedad de la mezcla fue de 45,4% en peso. La frecuencia de rotación de la pala agitadora fue de 600 rpm, y la frecuencia de rotación de la pala auxiliar fue de 600 rpm.

[0526] Tratamiento de secado

[0527] Los precursores resultantes se secaron en una secadora para obtener agregados según el Ejemplo B1. Agregado

[0528] El agregado de fibras de resina termoplástica y fibras de carbono, según el Ejemplo B1, tenía una configuración fusiforme. Adicionalmente, las fibras de resina termoplástica y las fibras de carbono contenidas en el agregado estaban orientadas a lo largo del eje longitudinal del agregado.

[0529] Para cuantificar la dirección de extensión de las fibras en el agregado, el agregado se cortó en paralelo a la dirección del eje longitudinal, y para N=30 fibras seleccionadas aleatoriamente en una sección transversal tomada con una cámara digital, se midieron los valores absolutos del ángulo de las fibras con respecto a la dirección del eje longitudinal del agregado, respectivamente, y los valores de medición obtenidos se promediaron para calcular la dirección de extensión promedio de las fibras con respecto a la dirección del eje longitudinal del agregado («grado de orientación de las fibras» en la Tabla 2 a continuación). En este cálculo, se excluyeron las fibras desmenuzadas (es decir, fibras parcialmente separadas del agregado). El grado de orientación de las fibras para el Ejemplo B1 fue de 9°.

[0530] Contenido de aglutinante

[0531] El contenido de aglutinante para el agregado del Ejemplo B1 fue de 6,1% en peso.

[0532] Relación de aspecto

[0533] La relación de aspecto (eje mayor/eje menor) del agregado del Ejemplo B1 se calculó con un calibrador. El eje mayor representa la longitud del agregado. El eje menor se midió en el punto donde el agregado presentó su mayor anchura. El valor promedio se midió para 50 muestras (N=50), y la relación de aspecto fue de 5,4 (valores promedio: eje mayor = 20,0 mm, véase más adelante; eje menor = 3,7 mm).

[0534] Longitud media, anchura máxima media

[0535] La longitud media del agregado, según el Ejemplo B1, fue de 20,0 mm y la anchura máxima media fue de 3,7 mm, medido con un calibrador para 50 muestras (N=50). Dado que la longitud media de las fibras de carbono regeneradas fue de 10 mm, la longitud media del agregado fue 2,0 veces la longitud media de las fibras de carbono regeneradas. Además, dado que la longitud media de las fibras de resina PPS fue de 5 mm, la longitud media del agregado fue 4,0 veces la longitud media de las fibras de resina PPS.

[0536] Densidad aparente

[0537] Se midió la densidad aparente del agregado según el Ejemplo B1. Específicamente, se vertieron muestras desde una altura de 63 mm en un recipiente de 200 ml que tenía un diámetro interior de 63 mm utilizando un embudo que tenía un diámetro interior de salida de 18 mm, y se cargaron de manera que las muestras se apilaran. A continuación, tras nivelar las muestras, se midió el peso de las muestras. La densidad aparente se calculó a partir de este peso y del volumen del recipiente. Por consiguiente, la densidad aparente fue de 164 g/L.

[0538] Las condiciones de fabricación y las evaluaciones de los agregados según el Ejemplo B1 se muestran en la Tabla 2 a continuación.

[0539] Ejemplo B2 para la Invención 1b

[0540] El agregado según B2 se preparó de la siguiente manera.

[0541] Preparación de materiales

[0542] Fibra de carbono

[0543] Como fibras de carbono se utilizaron fibras de carbono regeneradas con un contenido de carbono residual de 1,4% en peso, obtenidas mediante el método de activación térmica de semiconductores, como en el Ejemplo B1. Las fibras de carbono regeneradas tenían una longitud media de 5 mm.

[0544] Fibra de resina termoplástica

[0545] Como fibras de resina termoplástica, se utilizaron fibras de resina de sulfuro de polifenileno (fibras de resina PPS, finura de filamento único 4,4 denier) que tenían una longitud media de 5 mm.

[0546] Componente de fibra

[0547] Las fibras de resina PPS como fibras de resina termoplástica utilizadas en el Ejemplo B2 constituyeron 350 g, y las fibras de carbono regeneradas como fibra de carbono constituyeron 150 g.

[0548] Líquido que contiene aglutinante

[0549] Se preparó un líquido que contenía aglutinante con 256 g de agua como medio dispersante con respecto a 21,0 g de una resina con base de uretano como aglutinante (agente de encolado de emulsión en agua). Tratamiento de granulación

[0550] Para el tratamiento de granulación, se utilizó un granulador de agitación vertical (mezclador MTI de 30 L, fabricado por Tsukishima Kikai Co., Ltd.).

[0551] El granulador de agitación tenía una cuchilla agitadora y también una cuchilla auxiliar para facilitar la apertura de la fibra.

[0552] Al mismo tiempo que la pala agitadora comenzó a girar, se cargaron 150 g de fibras de carbono regeneradas y 350 g de fibras de resina PPS y 277 g del líquido que contenía aglutinante en la porción del recipiente del granulador de agitación, y se mezclaron y granularon a temperatura ambiente durante 15 minutos para obtener precursores fusiformes.

[0553] El contenido de humedad de la mezcla fue de 32,9% en peso. La frecuencia de rotación de la pala agitadora fue de 235 rpm y la frecuencia de rotación de la pala auxiliar fue de 3000 rpm.

[0554] Tratamiento de secado

[0555] Los precursores resultantes se secaron en una secadora para obtener agregados según el Ejemplo B2. Agregado

[0556] Las FIG. 7 y la FIG. 8 son fotografías de agregados según el Ejemplo B2. Como se puede observar en estas figuras, el agregado de fibras de resina termoplástica y fibras de carbono según el Ejemplo B2 tenía forma fusiforme. Adicionalmente, las fibras de resina termoplástica y las fibras de carbono contenidas en el agregado estaban orientadas a lo largo del eje longitudinal del agregado. El grado de orientación de las fibras se calculó con respecto al Ejemplo B2 de la misma manera que en el Ejemplo B1, y se determinó que era de 7°.

[0557] Contenido de aglutinante

[0558] El contenido de aglutinante para el agregado del Ejemplo B2 fue de 4,0% en peso.

[0559] Relación de aspecto

[0560] La relación de aspecto (eje mayor/eje menor) del agregado del Ejemplo B2 se calculó con un calibrador. El eje mayor representa la longitud del agregado. El eje menor se midió en el punto donde el agregado presentó su mayor anchura. El valor promedio se midió para 50 muestras (N=50) y la relación de aspecto fue de 6,7 (valores promedio: eje mayor = 17,4 mm, véase más adelante; eje menor = 2,6 mm).

[0561] Longitud media, anchura máxima media

[0562] La longitud media del agregado, según el Ejemplo B2, fue de 17,4 mm y la anchura máxima media fue de 2,6 mm, medido con un calibrador para 50 muestras (N=50). Dado que la longitud media de las fibras de carbono regeneradas fue de 5 mm, la longitud media del agregado fue 3,5 veces la longitud media de las fibras de carbono regeneradas. Adicionalmente, dado que la longitud media de las fibras de resina PPS fue de 5 mm, la longitud media del agregado fue 3,5 veces la longitud media de las fibras de resina PPS.

[0563] Densidad aparente

[0564] De la misma manera que en el Ejemplo B1, se midió la densidad aparente del agregado según el Ejemplo B2. Consecuentemente, la densidad aparente fue de 189 g/L.

[0565] Las condiciones de fabricación y las evaluaciones del agregado según B2 se muestran en la Tabla 2 a continuación.

[0566] Ejemplo comparativo B1 para la Invención 1b

[0567] Se intentó producir un agregado de la misma manera que en el Ejemplo B2 anterior, excepto que se utilizó polvo de resina de sulfuro de polifenileno (PPS, diámetro medio: 270 micrómetros) en lugar de las fibras de resina PPS. Sin embargo, no fue posible obtener un agregado de fibra de carbono fusiforme.

[0568] La FIG. 9 muestra una fotografía del material resultante del Ejemplo Comparativo B1. El material obtenido en el Ejemplo Comparativo B1 estaba compuesto principalmente de agregados de fibra de carbono y polvos de PPS, en donde los agregados de fibra de carbono presentan formas y tamaños irregulares, y las fibras de carbono y los polvos de PPS estaban separados entre sí. El material del Ejemplo Comparativo B1 no es un agregado mixto en el que la resina y las fibras de carbono están dispersas; por lo tanto, para producir un artículo moldeado que contiene fibra de carbono utilizando el material según el Ejemplo Comparativo B1, es necesario peletizar el material según el Ejemplo Comparativo B1 realizando un procedimiento de amasado.

[0570] [Tabla 2]

[0571]

[0572] Ejemplo C1 de la Invención 2

[0573] Preparación de materiales

[0574] Fibra de carbono regenerada

[0575] Como fibras de carbono regeneradas se utilizaron fibras de carbono regeneradas mediante el método de activación térmica de semiconductores, según el método de la Invención 2 de la presente divulgación, utilizando CFRP cortado como materia prima. Las fibras de carbono regeneradas tenían una longitud media de 5 mm, un diámetro promedio de fibra individual de 7,0 µm, una resistencia a la tracción individual de 4,2 GPa, un parámetro de forma de Weibull de 8,7 y un contenido de carbono residual del 0,3% en peso.

[0576] Resistencia a la tracción de la fibra individual

[0577] La resistencia a la tracción de la fibra individual se midió según JIS R7606 de la siguiente manera:

[0578] Se recogieron al menos 30 fibras individuales de un haz de fibras,

[0579] se calculó un área de sección transversal midiendo el diámetro de la fibra individual en una imagen lateral de la fibra individual capturada por un microscopio digital.

[0580] la fibra individual muestreada se fijó a un soporte perforado utilizando un adhesivo,

[0581] el soporte que tenía la fibra individual fija se fijó a un comprobador de tracción y se sometió a una prueba de tracción a una longitud de prueba de 10 mm y una velocidad de deformación de 1 mm/min, con el fin de medir la tensión de rotura.

[0582] la resistencia a la tracción se calculó a partir del área de la sección transversal de la fibra individual y la tensión de rotura,

[0583] la resistencia a la tracción media de al menos 30 fibras individuales se utilizó como resistencia a la tracción de la fibra individual.

[0584] Parámetro de forma de Weibull

[0585] El parámetro de forma de Weibull se calculó según la siguiente fórmula:

[0587] en donde F es la probabilidad de fractura determinada por el método de distribución acumulativa de muestras simétricas, a es la resistencia a la tracción de fibra individual (MPa), m es el parámetro de forma de Weibull y C es la constante. Se realizó un gráfico de Weibull de 1n1n {1/(1-F)} y 1nσ, y el parámetro de forma de Weibull m se obtuvo a partir de la inclinación aproximada de primer orden.

[0588] Contenido de carbono residual

[0589] La cantidad del componente de carbono residual en las fibras de carbono regeneradas se determinó mediante el análisis termogravimétrico (método TGA) de la siguiente manera:

[0590] (i) Para una pieza de muestra de 4 mg obtenida pulverizando fibras de carbono regeneradas, se realizó un análisis termogravimétrico en un analizador termogravimétrico durante un período de aproximadamente 600 minutos en total a una tasa de suministro de aire de 0,2 L/min, una velocidad de calentamiento de 5°C/min y una velocidad de registro de 1/6s, en donde el análisis consistió en las etapas de: aumentar la temperatura desde temperatura ambiente hasta 100°C, mantener la temperatura a 100°C durante 30 minutos, aumentar la temperatura de 100°C a 400°C y mantener la temperatura a 400°C durante 480 minutos, (ii) en un gráfico que trazaba la tasa de pérdida de peso basándose en el tiempo, se identificó el punto de inflexión de la pendiente y se restó la tasa de pérdida de peso en el período de mantenimiento a 100°C del valor de la pérdida de peso en el punto de inflexión, para calcular la cantidad de carbono residual.

[0591] A partir de la fibra de carbono regenerada descrita anteriormente, se obtuvo un agregado de fibra de carbono fusiforme mediante el método de la presente invención. En concreto, las fibras de carbono regeneradas se desfibraron en una mezcladora, y a continuación se agitaron y se mezclaron con una dispersión acuosa de resina epoxídica como aglutinante utilizando un granulador de agitación y los precursores fusiformes obtenidos se secaron en una secadora para obtener agregados de fibra de carbono fusiformes. Cabe destacar que se aplicó un 2% en peso de resina epoxídica a la fibra de carbono regenerada.

[0592] Como resultado de la medición del agregado de fibra de carbono fusiforme obtenido, de la misma manera que en el Ejemplo A1 de la Invención 1a, la longitud media del agregado fue de 10,8 mm, la anchura máxima media del agregado fue de 1,4 mm y la densidad aparente fue de 132 g/L. La relación de aspecto del agregado fue de 7,7.

[0593] Resina termoplástica

[0594] Como resina termoplástica base, se utilizó una resina de policarbonato (L1225WP, peso molecular: 218.000, fabricada por Teijin Limited).

[0595] Producción de pélets de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono

[0596] El policarbonato, que es una resina termoplástica, se suministró a una extrusora amasadora de doble tornillo, y el agregado de fibra de carbono regenerada obtenido anteriormente se suministró desde un alimentador lateral y se dispersó en la resina de policarbonato que servía como material base, y se peletizó, obteniendo así un gránulo de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono según el Ejemplo C1.

[0597] Se midió el peso de la resina termoplástica y las fibras de carbono regeneradas introducidas en la extrusora, y se calculó la razón en peso de las fibras (% en peso), es decir, (fibras de carbono regeneradas (g) / (fibras de carbono regeneradas (g) resina termoplástica (g)) x 100) del pélet según el Ejemplo C1.

[0598] A partir del pélet obtenido, mediante el uso de una máquina de moldeo por inyección (fabricada por Toshiba Machine Co., Ltd., máquina de moldeo por inyección 130T, temperatura del cilindro: 300°C, temperatura del molde: 100°C), se moldearon piezas de mancuernas de 170 mm de longitud x 10 mm de anchura x 4 mm de espesor (artículos moldeados según el Ejemplo C1).

[0599] La resistencia a la tracción, la resistencia a la flexión y el módulo de flexión de las mancuernas obtenidas constituyeron 99 MPa, 142 MPa y 7,2 GPa, respectivamente. La resistencia a la tracción, la resistencia a la flexión y el módulo de flexión se midieron de la siguiente manera.

[0600] Resistencia a la tracción

[0601] Utilizando la pieza de mancuerna anterior, se midió la resistencia a la tracción según la norma ISO527.

[0602] Resistencia a la flexión

[0603] Utilizando la pieza de mancuerna anterior, se midió la resistencia a la flexión según la norma ISO 178.

[0604] Módulo de flexión

[0605] Utilizando la pieza de mancuerna anterior, se midió el módulo de flexión según la norma ISO 178.

[0606] La longitud residual promedio de las fibras de carbono regeneradas en el pélet fue de 348 µm, y la tasa de presencia de fibras individuales de 300 µm o menos fue del 36%. Los métodos de medición son los siguientes. Longitud media de la fibra residual

[0607] La longitud media de las fibras de carbono regeneradas en un pélet de resina termoplástica reforzada con fibra de carbono (longitud media de las fibras residuales) se calculó como un valor promedio numérico midiendo la longitud de las fibras de 300 fibras individuales utilizando un microscopio, después de retirar la resina de la matriz en el pélet mediante el método de descomposición con ácido sulfúrico y realizar la filtración.

[0608] Tasa de presencia de fibras individuales de 300 µm o menos

[0609] La tasa de presencia de fibras individuales de 300 µm o menos se calculó midiendo la longitud de las fibras individuales de la misma manera que la medición de la longitud media de las fibras anterior, y calculando la razón del número de fibras individuales de 300 µm o menos.

[0610] El resultado del Ejemplo C1 se muestra en la Tabla 3 a continuación.

[0611] Ejemplo comparativo C1 para la Invención 2

[0612] En el Ejemplo Comparativo C1, se utilizaron fibras de carbono regeneradas con un contenido de carbono residual de 7,1% en peso, obtenidas mediante un método convencional de descomposición térmica sin utiliza semiconductor. No se pudo medir la resistencia a la tracción de la fibra individual ni el parámetro de forma de Weibull debido a que el contenido de carbono residual era superior a 5% en peso.

[0613] En el Ejemplo Comparativo C1, se produjeron y evaluaron un pélet y una pieza de mancuerna de la misma manera que en el Ejemplo C1, excepto que las fibras de carbono regeneradas, en forma de fibras de carbono regeneradas troceadas, se alimentaron a una extrusora de doble tornillo sin realizar el procedimiento de mezcla ni producir un agregado de fibra de carbono. El resultado se muestra en la Tabla 3 a continuación. Las fibras de carbono regeneradas mediante el método convencional de descomposición térmica (es decir, la fibra de carbono regenerada troceada según el Ejemplo Comparativo C1) se unieron con el carburo residual y, por lo tanto, pudieron ser alimentadas desde el alimentador lateral a la extrusora de amasado de doble tornillo. Ejemplo comparativo C2 de la Invención 2

[0614] En el Ejemplo Comparativo C2, se produjeron y evaluaron un pélet y una pieza de mancuerna de la misma manera que en el Ejemplo C1, excepto que se utilizaron fibras cortadas de fibras de carbono vírgenes disponibles comercialmente (HT C422, fabricadas por Teijin Limited) en lugar de las fibras de carbono regeneradas.

[0615] El resultado se muestra en la Tabla 3 a continuación. Las propiedades físicas de la fibra de carbono virgen según el Ejemplo Comparativo C2 fueron las que se muestran en la siguiente Tabla 3.

[0616] El artículo moldeado según el Ejemplo C1 presentó mejores propiedades mecánicas que el artículo moldeado según el Ejemplo Comparativo C1. Sin ánimo de limitarse a la teoría, esto podría deberse a que la fibra de carbono regenerada del Ejemplo C1 tenía un menor contenido de carbono residual que la fibra de carbono regenerada del Ejemplo Comparativo C1, y por lo tanto se obtuvo la mejor adhesión entre la fibra de carbono y la resina.

[0617] Además, el artículo moldeado según el Ejemplo C1 presentó propiedades mecánicas equivalentes a las del artículo moldeado según el Ejemplo Comparativo C2, aunque contenía fibras de carbono regeneradas. En el Ejemplo C1, la tasa de presencia de fibras individuales que habían sido trituradas a 300 µm o menos se redujo a 36%, en comparación con 55% del Ejemplo Comparativo C2. Se considera que esta es la razón por la que el Ejemplo C1 mostró un alto efecto de refuerzo en cuanto a resistencia mecánica y propiedades mecánicas equivalentes a las del Ejemplo Comparativo C2, formado a partir de fibra de carbono virgen, a pesar de que se utilizó fibra de carbono regenerada con una menor resistencia a la tracción de la fibra individual. Sin ánimo de limitarse a la teoría, con respecto al motivo por el cual la tasa de presencia de la fibra individual triturada a 300 µm o menos fue relativamente baja en el Ejemplo C1, puede deberse al hecho de que la fibra de carbono regenerada utilizada en el Ejemplo C1 se regeneró mediante el método de activación térmica de semiconductores y, por lo tanto, la variación en la resistencia a la tracción de la fibra individual es pequeña y el parámetro de forma de Weibull fue relativamente alto (8,7), en comparación con el Ejemplo Comparativo C2.

[0618] [Tabla 3]

[0619]

[0620] Ejemplos de referencia 1 a 3 y Ejemplos Comparativos de Referencia 1

[0621] En los Ejemplos de Referencia 1 a 3 y el Ejemplo Comparativo de Referencia 1, se sometió a un tratamiento térmico una placa de plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) como material que contiene plástico y se evaluó la eficiencia de descomposición del plástico.

[0622] Ejemplo de Referencia 1 (Ref. Ex 1)

[0623] El ejemplo de Referencia 1 se realizó de la siguiente manera.

[0624] Provisión y disposición de materiales

[0625] Como material semiconductor se utilizó un soporte con estructura de panal, sobre cuya superficie se aplicó óxido de cromo (Cr<2>O<3>, con una pureza de 99% o superior, fabricado por Junsei Chemical Co., LTD.). El soporte con estructura de panal tenía 13 celdas /25 mm.

[0626] Se utilizó una placa de CFRP como material que contenía platico, en donde la razón de contenido de resina epoxídica en la placa de CFRP fue de 41% en peso.

[0627] El volumen interno del horno era de 9 L. Dentro del horno, la placa de CFRP se colocó sobre un soporte que contenía óxido de cromo como material semiconductor. El soporte y la placa de CFRP se pusieron en contacto entre sí.

[0628] La temperatura de superficie de la placa de CFRP se midió mediante un sensor ubicado a 5 mm de la superficie de la placa de CFRP.

[0629] Tratamiento térmico

[0630] La temperatura interna del horno se controló a través de la potencia de un calentador en el horno, con el fin de aumentar la temperatura interna del horno.

[0631] Antes de que la temperatura de superficie de la placa de CFRP alcanzara los 300°C, se introdujo en el horno una mezcla de aire y nitrógeno con una concentración de oxígeno de 6% en volumen. La introducción de la mezcla de gases se realizó succionando el gas desde un puerto de succión ubicado en la parte superior del horno a un caudal de 70 L/min y permitiendo que el gas fluyera desde un suministro de gas ubicado en la parte inferior del horno. La concentración de oxígeno en el horno se midió mediante un monitor de oxígeno.

[0632] Se realizó un tratamiento térmico de 30 minutos en atmósfera controlada a una concentración de oxígeno del 6% en volumen mediante la introducción de la mezcla de gas. Durante el tratamiento térmico, se ajustó la potencia del calentador del horno para aumentar la temperatura de superficie de la placa de CFRP a una temperatura de superficie inicial de 376°C.

[0633] Evaluación

[0634] La evaluación de la eficiencia de descomposición del plástico según el método del Ejemplo de Referencia 1 se realizó calculando la tasa de reducción de peso (% en peso) a partir de la diferencia entre peso de la placa de CFRP antes del tratamiento térmico y el peso de la placa de CFRP después del tratamiento térmico. El resultado se muestra en la Tabla 4.

[0635] Ejemplo de Referencia 2 (Ej. de Ref.2)

[0636] En el Ejemplo de Referencia 2, se realizaron un tratamiento térmico y una evaluación de la misma manera que en el Ejemplo de Referencia 1, excepto que el soporte y la placa de CFRP se colocaron en el horno con una separación de 30 mm y que la temperatura de superficie de la placa de CFRP se incrementó a 377°C durante el tratamiento térmico. El resultado se muestra en la Tabla 4.

[0637] Ejemplo de Referencia 3 (Ej. de Ref.3)

[0638] En el Ejemplo de Referencia 3, se realizaron un tratamiento térmico y una evaluación de la misma manera que en el Ejemplo de Referencia 1, excepto que el tratamiento térmico se realizó durante 60 minutos y que la temperatura de superficie de la placa de CFRP se incrementó a 371°C durante el tratamiento. El resultado se muestra en la Tabla 4.

[0639] Ejemplo Comparativo de Referencia 1 (Ej. Comp. de Ref.1)

[0640] En el Ejemplo Comparativo de Referencia 1, se realizaron un tratamiento térmico y una evaluación de la misma manera que en el Ejemplo de Referencia 1, excepto que no se utilizó un material semiconductor y que la temperatura de superficie de la placa de CFRP se incrementó a 370°C durante el tratamiento térmico. El resultado se muestra en la Tabla 4.

[0641] [Tabla 4]

[0643]

[0645] Como se puede observar en la Tabla 4, los Ejemplos de Referencia 1 a 3, que se calentaron a una temperatura de superficie de 371°C a 377°C en presencia de un material semiconductor y bajo la introducción de un gas de baja concentración de oxígeno que tenía una concentración de oxígeno de 6% en volumen, presentaron una mayor eficiencia de descomposición del material que contenía plástico, en comparación con el Ejemplo Comparativo de Referencia 1 en el que no se utilizó un material semiconductor.

[0646] Cabe destacar que en el Ejemplo de Referencia 3, aunque el tiempo de tratamiento se extendió a 60 minutos, el aumento en la tasa de pérdida de peso fue limitado en comparación con el Ejemplo de Referencia 1, en el que el tiempo de tratamiento fue de 30 minutos. Se considera que una razón para esto se debe a que la eficiencia de descomposición se redujo debido a que la superficie de la muestra se cubrió con carburos durante el tratamiento térmico.

[0647] Ejemplo de Referencia 4 y Ejemplo Comparativo de Referencia 2

[0648] Ejemplo de Referencia 4 (Ej. de Ref.4)

[0649] El tratamiento y la evaluación del Ejemplo de Referencia 4 se realizaron de la misma manera que en el Ejemplo de Referencia 1, excepto que el tratamiento térmico se realizó durante 60 minutos a una temperatura de superficie de 500°C. El resultado se muestra en la Tabla 5 a continuación.

[0650] Ejemplo Comparativo de Referencia 2 (Ej. Comp. de Ref.2)

[0651] En el Ejemplo Comparativo de Referencia 2, se realizaron un tratamiento y una evaluación de la misma manera que en el Ejemplo de Referencia 4, excepto que no se utilizó material semiconductor. El resultado se muestra en la Tabla 5 a continuación.

[0652] [Tabla 5]

[0654]

[0656] Las fotografías de las muestras después del tratamiento según el Ejemplo de Referencia 4 y el Ejemplo Comparativo de Referencia 2 se muestran en la FIG. 11 y la FIG. 12, respectivamente. Adicionalmente, en la FIG.10 se muestra una fotografía de la muestra antes del tratamiento.

[0657] Como se puede observar en la Tabla 5, el Ejemplo de Referencia 4, en el que el tratamiento térmico se realizó en presencia de un material semiconductor bajo la introducción de un gas de baja concentración de oxígeno que tenía una concentración de oxígeno de 6% en volumen, mostró una mayor eficiencia de descomposición del plástico en comparación con el Ejemplo Comparativo 2, en el que el tratamiento térmico se realizó bajo la introducción de un gas de baja concentración de oxígeno que tenía una concentración de oxígeno de 6% en volumen sin un material semiconductor.

[0658] Adicionalmente, como se puede observar en la FIG. 12, sobre la superficie de la muestra, tras el tratamiento según el Ejemplo Comparativo de Referencia 2, se adhirió un carbono residual derivado de un plástico en forma de grumo. Por otro lado, como se puede observar en la FIG. 11, en la muestra tratada según el Ejemplo de Referencia 4, no se observó adhesión de dicho carbono residual, y esta presentó una superficie relativamente lisa y muy uniforme, como en la superficie de la muestra pretratada que se muestra en la FIG.10.

[0659] Ejemplos de Referencia 5 a 9

[0660] En los Ejemplos de Referencia 5 a 9, las placas de CFRP o recipientes a presión como materiales que contenían plástico se sometieron a un calentamiento en dos fases. A continuación, se evaluó la eficiencia de descomposición y las propiedades físicas de la fibra de carbono (el material de fibra de carbono) obtenida mediante el tratamiento térmico.

[0661] Ejemplo de Referencia 5

[0662] El ejemplo de referencia 5 se realizó de la siguiente manera.

[0663] Provisión y disposición de materiales

[0664] Como material semiconductor se utilizó un soporte con estructura de panal, sobre cuya superficie se aplicó óxido de cromo (Cr<2>O<3>), con una pureza de 99% o superior, fabricado por Junsei Chemical Co., LTD.). El soporte con estructura de panal tenía 13 celdas/25 mm.

[0665] Se utilizó una placa de CFRP como material que contenía plástico, en donde la razón de contenido de resina epoxídica en la placa de CFRP fue de 41% en peso. Las propiedades físicas de la fibra de carbono contenida en la placa de CFRP antes del tratamiento se muestran en la Tabla 6, como Ejemplo de Referencia 1 (Ej. de Ref.1).

[0666] El volumen interno del horno era de 0,0525 m³. La placa de CFRP se colocó dentro del horno sobre un soporte que contenía óxido de cromo como material semiconductor. El soporte y la placa de CFRP se pusieron en contacto entre sí.

[0667] La temperatura de superficie de la placa de CFRP se midió mediante un sensor ubicado a 5 mm de la superficie de la placa de CFRP.

[0668] Tratamiento térmico

[0669] La temperatura interna del horno se controló mediante la potencia de un calentador en el horno para aumentar la temperatura interna del horno. A continuación, antes de que la temperatura de superficie de la placa de CFRP alcanzara los 300°C, se introdujo en el horno una mezcla de gases de aire y nitrógeno con una concentración de oxígeno de 8% en volumen. La mezcla de gases se introdujo en el horno succionando la mezcla gaseosa a un caudal de 190 L/min y permitiendo que la mezcla de gases fluyera desde una porción de suministro de gas proporcionada en el horno.

[0670] En el Ejemplo de Referencia 5, así como en el Ejemplo de Referencia 6 y el Ejemplo Comparativo de Referencia 4, descritos a continuación, la concentración de oxígeno en el horno se midió mediante un monitor de oxígeno instalado en el horno. Para los Ejemplos de Referencia 7 a 9, la concentración de oxígeno en el horno se calculó basándose en el volumen interno del horno y la velocidad de introducción de gas.

[0671] La generación de gas de descomposición se detectó cuando la temperatura de superficie de la placa de CFRP era de 300°C.

[0672] Se realizó un tratamiento térmico durante 120 minutos en una atmósfera controlada a una concentración de oxígeno del 8% en volumen mediante la introducción del gas mixto. Durante el tratamiento térmico, se ajustó la potencia del calentador del horno para aumentar la temperatura de superficie de la placa de CFRP a una temperatura de superficie inicial de 450°C.

[0673] Tratamiento térmico secundario

[0674] A continuación, manteniendo la presión de succión de gas, se interrumpió el suministro de nitrógeno, de modo que solo se suministró aire; tras confirmar que la concentración de oxígeno en el horno era igual o superior a 10% en volumen, se realizó un tratamiento térmico adicional. Durante el tratamiento térmico durante 260 minutos, la temperatura de superficie de la placa de CFRP se incrementó a 500°C. Cabe destacar que la concentración media de oxígeno durante los 260 minutos fue de 14% en volumen, y la máxima de 18% en volumen.

[0675] En el Ejemplo de Referencia 5, el peso de la placa de CFRP tratada fue de 0,8 kg. El rendimiento con respecto al volumen interno del horno fue de 15,2 kg/m<3>.

[0676] Contenido de carbono residual

[0677] La cantidad de carbono residual derivado del plástico en las fibras de carbono (fibras de carbono regeneradas) recuperadas tras el tratamiento térmico se determinó mediante análisis termogravimétrico. El valor de la cantidad de carbono residual, que se muestra en la Tabla 6 a continuación, representa la cantidad (% en peso) de carbono residual con respecto a la fibra de carbono.

[0678] El análisis termogravimétrico se realizó de la siguiente manera:

[0679] (i) Para 1 a 4 mg de fragmentos de muestra obtenidos mediante pulverización de la fibra de carbono recuperada, se realizó un análisis termogravimétrico durante un período de 300 minutos en un analizador termogravimétrico en condiciones de 0,2 L/min de velocidad de suministro de aire, 5°C/min de velocidad de calentamiento y 1/6 s de velocidad de registro, en donde el análisis termogravimétrico consistió en las etapas de: elevación de la temperatura desde temperatura ambiente hasta 100°C, mantenimiento de la temperatura a 100°C durante 30 minutos, elevación de la temperatura de 100°C a 400°C y mantenimiento de la temperatura a 400°C.

[0680] (ii) en un gráfico obtenido mediante la representación gráfica de la tasa de pérdida de peso frente al tiempo, se identificó el punto de inflexión de la pendiente y se calculó la cantidad de carbono residual restando la tasa de pérdida de peso durante el período de mantenimiento a 100°C del valor de la tasa de pérdida de peso en el punto de inflexión.

[0681] Adicionalmente, para la fibra de carbono recuperada después del tratamiento térmico, se midieron el diámetro de la fibra individual y la resistencia a la tracción de la fibra individual, y se calculó el parámetro de forma de Weibull.

[0682] Resistencia a la tracción de la fibra individual

[0683] La resistencia a la tracción de la fibra individual se midió según JIS R7606 de la siguiente manera:

[0684] se recogieron al menos 30 fibras individuales de un haz de fibras,

[0685] los diámetros de las fibras individuales se midieron en una imagen de vista lateral de las fibras individuales capturada por un microscopio digital, para calcular el área de la sección transversal. las fibras individuales muestreadas se fijaron a un papel de montaje perforado utilizando un adhesivo, el papel de montaje en donde se fijó la fibra individual se fijó a un comprobador de tracción y se realizó una prueba de tracción a una longitud de prueba de 10 mm y una velocidad de deformación de 1 mm/min, para medir la tensión de rotura.

[0686] la resistencia a la tracción se calculó a partir del área de la sección transversal de la fibra individual y la tensión de rotura, y

[0687] la resistencia a la tracción media de al menos 30 fibras individuales se determinó como la resistencia a la tracción de la fibra individual.

[0688] Parámetro de forma de Weibull

[0689] El parámetro de forma de Weibull se calculó según la siguiente fórmula:

[0691] en donde F es la probabilidad de fractura determinada por el método de distribución acumulativa de muestra simétrica, σ es la resistencia a la tracción de la fibra individual (MPa), m es el parámetro de forma de Weibull y C es la constante.

[0692] Se realizó el gráfico de Weibull de 1n1n {1/(1- F)} y 1nσ, y el parámetro de forma de Weibull m se obtuvo a partir de la pendiente aproximada de primer orden.

[0693] Los resultados de la evaluación se muestran en la Tabla 6. El diámetro de la fibra individual es un promedio de los diámetros de al menos 30 fibras individuales medidas como se describe más arriba.

[0694] Ejemplo de Referencia 6

[0695] Se llevó a cabo un tratamiento de la misma manera que en el Ejemplo de Referencia 5, excepto que se utilizó un recipiente a presión como material que contenía plástico, que la mezcla de gases se succionó a una velocidad de introducción de gas de 127 L/min y que la concentración de oxígeno, la temperatura de superficie y la duración del tratamiento térmico se establecieron como se muestra en la Tabla 6 a continuación.

[0696] El recipiente a presión tratado en el Ejemplo de Referencia 6 tenía un revestimiento de aluminio y 44% en peso de FRP (plástico reforzado con fibra), y el FRP contenía 31% en peso de fibra de refuerzo y 13% en peso de resina epoxídica. Las fibras de refuerzo estaban compuestas principalmente de fibra de carbono y contenían una pequeña cantidad de fibra de vidrio. La capacidad del recipiente a presión era de 2,0 L.

[0697] La cantidad de FRP tratado en el Ejemplo de Referencia 6 fue de 0,47 kg. El rendimiento, con respecto al volumen interno del horno, fue de 9,0 kg/m³.

[0698] Los resultados de la evaluación de la eficiencia de descomposición del plástico y los resultados de la evaluación de las propiedades físicas de la fibra de carbono recuperada para el Ejemplo de Referencia 6 se muestran en la Tabla 6. Cabe destacar que la concentración promedio de oxígeno en el transcurso de 180 minutos del tratamiento térmico secundario fue de 18% en volumen y la concentración máxima de oxígeno fue de 20% en volumen.

[0699] Las propiedades físicas de las fibras de carbono contenidas en el recipiente a presión antes del tratamiento se muestran en la Tabla 6 como Referencia 2 (Ref.2).

[0700] Ejemplo de Referencia 7

[0701] Se llevó a cabo un tratamiento térmico de la misma manera que en el Ejemplo de Referencia 5, excepto que el volumen interno del horno fue de 0,1435 m<3>, que se introdujo una mezcla de gases de vapor de agua y aire sobrecalentado en el horno a una velocidad de introducción de gas de 29 L/min, y que la temperatura de superficie y la duración del tratamiento térmico se establecieron como se muestra en la Tabla 6 a continuación. La temperatura interna del horno y la temperatura de superficie de la muestra se controlaron a través de la potencia del calentador del horno y la temperatura del vapor de agua sobrecalentado.

[0702] En el Ejemplo de Referencia 7, el peso de la placa de CFRP tratada fue de 1,0 kg. El rendimiento con respecto al volumen interno del horno fue de 7,0 kg/m³.

[0703] Los resultados de la evaluación de la eficiencia de descomposición del plástico y los resultados de la evaluación de las propiedades físicas de la fibra de carbono recuperada para el Ejemplo de Referencia 7 se muestran en la Tabla 6. Cabe destacar que, en el tratamiento térmico secundario, solo se introdujo aire en el horno a 29 L/min. Ejemplo de Referencia 8

[0704] Se llevó a cabo un tratamiento de la misma manera que en el Ejemplo de Referencia 7, excepto que el recipiente a presión se utilizó como material que contenía plástico y la temperatura de superficie y la duración del tratamiento térmico se establecieron como se muestra en la Tabla 6 a continuación.

[0705] El recipiente a presión utilizado en el Ejemplo de Referencia 8 fue el mismo que el recipiente a presión utilizado en el Ejemplo de Referencia 6.

[0706] La cantidad de FRP tratado en el Ejemplo de Referencia 8 fue de 0,47 kg. El rendimiento, en relación con el volumen interno del horno, fue de 3,3 kg/m³.

[0707] Los resultados de la evaluación de la eficiencia de descomposición del plástico y los resultados de la evaluación de las propiedades físicas de la fibra de carbono recuperada para el Ejemplo de Referencia 8 se muestran en la Tabla 6. En el tratamiento térmico secundario, solo se introdujo aire en el horno a una velocidad de 29 L/min. Ejemplo de Referencia 9

[0708] Se llevó a cabo un tratamiento de la misma manera que en el Ejemplo de Referencia 7, excepto que el volumen interno del horno fue de 0,049 m<3>, que se introdujo una mezcla de gases de vapor de agua y aire sobrecalentado en el horno a una velocidad de introducción de gas de 25 L/min, y que la temperatura de superficie y la duración del tratamiento de calentamiento se establecieron como se muestra en la Tabla 6 a continuación.

[0709] En el Ejemplo de Referencia 9, la placa de CFRP tratada tenía una proporción de resina epoxídica de 38%. El rendimiento con respecto al volumen interno del horno fue de 1,6 kg/m³.

[0710] Los resultados de la evaluación de la eficiencia de descomposición del plástico y los resultados de la evaluación de las propiedades físicas de la fibra de carbono recuperada para el Ejemplo de Referencia 9 se muestran en la Tabla 6. Cabe destacar que, en el tratamiento térmico secundario, se aumentó la cantidad de aire mientras se suministraba continuamente vapor de agua sobrecalentado, y se introdujo en el horno un gas con una concentración de oxígeno de 11% en volumen a 38 L/min.

[0711] Las propiedades físicas de una fibra de carbono contenida en la placa de CFRP descrita anteriormente según el Ejemplo de Referencia 9 antes del tratamiento se muestran en la Tabla 6 como Referencia 3 (Ref.3). Ejemplo Comparativo de Referencia 3 (Ej. Comp. de Ref.3)

[0712] En el Ejemplo Comparativo de Referencia 3, el material se proporcionó y dispuso de la misma manera que en el Ejemplo de Referencia 5 y, posteriormente, se aumentó la temperatura interna del horno sin ajustar la concentración de oxígeno de la atmósfera en el horno.

[0713] Como consecuencia, aunque la potencia del calentador se mantuvo a un nivel en donde la temperatura de superficie de la placa de CFRP alcanzó los 300°C, se produjo un autocalentamiento excesivo, y la temperatura de superficie de la placa de CFRP alcanzó los 485°C. Los resultados se muestran en la Tabla 6.

[0714] En el Ejemplo Comparativo de Referencia 3, la placa de CFRP tratada pesaba 0,8 kg. El rendimiento, con respecto al volumen interno del horno, fue de 15,2 kg/m³.

[0715] Ejemplo Comparativo de Referencia 4 (Ej. Comp. de Ref.4)

[0716] Se realizó un tratamiento de la misma manera que en el Ejemplo de Referencia 6, excepto que no se utilizó un material semiconductor.

[0717] La cantidad de FRP tratado en el Ejemplo Comparativo de Referencia 4 fue de 0,47 kg. El rendimiento, con respecto al volumen interno del horno, fue de 9,0 kg/m³.

[0718] Con respecto al Ejemplo Comparativo de Referencia 4, el resultado de la evaluación de las propiedades físicas de la fibra de carbono recuperada se muestra en la Tabla 6. En el tratamiento térmico secundario, la concentración promedio de oxígeno durante el período de 180 minutos fue de 18% en volumen y la concentración máxima de oxígeno fue de 20% en volumen.

[0719] [Tabla 6]

[0720]

[0721] En los Ejemplos de Referencia 5 a 9, se introdujo un gas de baja concentración de oxígeno, con una concentración de oxígeno del 6 al 8% en volumen, se realizó un tratamiento térmico primario en presencia de un material semiconductor y, posteriormente, un tratamiento térmico secundario con una mayor concentración de oxígeno. Como se puede observar en la Tabla 6, en estos Ejemplos, el contenido de carbono residual (el contenido del componente de carbono residual) fue bajo y se observó una excelente eficiencia de descomposición del plástico.

[0722] Adicionalmente, en el Ejemplo Comparativo de Referencia 3, en el que no se controló la concentración de oxígeno, se produjo un autocalentamiento excesivo. Por otro lado, no se observó autocalentamiento excesivo en los Ejemplos de Referencia 5 a 9, donde se introdujo en el horno un gas de baja concentración de oxígeno que tenía una concentración de oxígeno de 6 al 8% en volumen. Se considera que en el Ejemplo Comparativo de Referencia 3, dado que el tratamiento de descomposición se inició sin reducir previamente la concentración de oxígeno, la concentración de oxígeno se volvió excesiva y, como resultado, no fue posible controlar adecuadamente la temperatura de descomposición en presencia de un material semiconductor.

[0723] Además, las fibras de carbono recuperadas en los Ejemplos de Referencia 5 a 9 tenían un diámetro de la fibra individual y una resistencia a la tracción de la fibra individual comparables a los de la fibra de carbono antes del tratamiento (Referencias 1 a 3), y presentaban un parámetro de forma de Weibull superior con relación a la resistencia a la tracción de la fibra individual. Por lo tanto, en los Ejemplos de Referencia 5 a 9, la fibra de carbono recuperada presentaba propiedades físicas superiores a las de una fibra de carbono antes de su uso en la producción del plástico reforzado con fibra de carbono.

[0724] Además, la fibra de carbono recuperada en el Ejemplo de Referencia 6 que se sometió a un tratamiento térmico con un material semiconductor exhibió una calidad superior, en particular en términos de resistencia a la tracción de fibra individual y parámetro de forma de Weibull, en comparación con la fibra de carbono recuperada en el Ejemplo Comparativo de Referencia 4 que se sometió a un tratamiento térmico sin un material semiconductor.

[0725] Lista de rótulos de referencia

[0726] 100 granuladores agitadores

[0727] 120 recipiente

[0728] 140 cuchilla de agitación

[0729] 160 eje

[0730] A dirección de rotación

[0731] C Espacio libre

[0732] 11 material semiconductor

[0733] 12 material que contiene plástico

[0734] 20 horno

[0735] 21 portador que tiene material semiconductor

[0736] 22 material que contiene plástico

[0737] 23 fuente de calor (calentador)

[0738] 24 pieza de suministro de gas

[0739] 25 salidas de escape

[0740] 26 espacio interior del horno

[0741] 27 sensor de temperatura

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un método para producir un agregado de fibra de carbono fusiforme, que comprende:

proporcionar una mezcla compuesta al menos de fibras de carbono regeneradas y un líquido que contiene aglutinante;

voltear la mezcla en un recipiente (120) en un espacio libre (C) entre la pared interior del recipiente y un cuerpo giratorio (140) en el recipiente, con el fin de formar un precursor fusiforme; y

secar el precursor;

en donde las fibras de carbono regeneradas contienen un componente de carbono residual, y el contenido del componente de carbono residual es más de 0% en peso y 5,0% en peso o menos basándose en las fibras de carbono regeneradas,

en donde la longitud media de las fibras de carbono regeneradas es de 1 mm o más y menos de 30 mm y en donde las fibras de carbono regeneradas contenidas en el agregado de fibra de carbono fusiforme están orientadas a lo largo de la dirección del eje longitudinal del agregado de fibra de carbono fusiforme.

2. El método según la reivindicación 1, en donde la longitud media del agregado de fibra de carbono regenerada es de 1,5 mm a 60 mm.

3. El método según la reivindicación 1 o 2, en donde la cantidad de líquido que contiene aglutinante en la mezcla es de 20% en peso y 60% en peso, basándose en la mezcla.

4. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la cantidad de aglutinante contenida en el líquido que contiene aglutinante es de 0,1% en peso y 10% en peso, basándose en las fibras de carbono regeneradas.

5. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la longitud media del agregado de fibra de carbono es de 1,2 a 4,0 veces la longitud media de las fibras de carbono regeneradas contenidas en el agregado de fibra de carbono.

6. Método para producir un agregado de fibra de carbono fusiforme según la reivindicación 1, en donde el agregado de fibra de carbono fusiforme es un agregado de fibra de carbono fusiforme de fibras de resina termoplástica y fibras de carbono regeneradas, y

la mezcla contiene adicionalmente fibras de resina termoplástica.

7. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende:

descomponer un componente plástico contenido en un artículo plástico que contiene fibra de carbono mediante el método de activación térmica de semiconductores, con el fin de producir la fibra de carbono regenerada.

8. Un agregado de fibra de carbono fusiforme compuesto al menos por fibras de carbono regeneradas y un aglutinante,

caracterizado por que

las fibras de carbono regeneradas contienen un componente de carbono residual, y el componente de carbono residual es más de 0% en peso y 5,0% en peso o menos, basándose en las fibras de carbono regeneradas,

la longitud media de las fibras de carbono regeneradas es de 1 mm o más y menos de 30 mm, la longitud media del agregado de fibra de carbono es de 1,5 mm a 60 mm, y

las fibras de carbono regeneradas contenidas en el agregado de fibra de carbono fusiforme están orientadas a lo largo de la dirección del eje longitudinal del agregado de fibra de carbono fusiforme.

9. El agregado de fibra de carbono según la reivindicación 8, en donde la longitud media del agregado de fibra de carbono fusiforme a lo largo de la dirección del eje longitudinal es de 1,2 a 4,0 veces la longitud media de

las fibras de carbono regeneradas contenidas en el agregado de fibra de carbono fusiforme.

10. El agregado de fibra de carbono fusiforme según la reivindicación 8, en donde

el agregado de fibra de carbono fusiforme es un agregado de fibra de carbono fusiforme de fibras de resina termoplástica y fibras de carbono que comprende fibras de carbono regeneradas, fibras de resina termoplástica y un aglutinante, y

las fibras de carbono y las fibras de resina termoplástica contenidas en el agregado están orientadas a lo largo de la dirección del eje longitudinal del agregado.

11. El agregado de fibra de carbono según la reivindicación 10, en donde la longitud media del agregado es de 1,5 mm a 60 mm.

12. El agregado de fibra de carbono según la reivindicación 10 u 11, en donde la longitud media de las fibras de carbono regeneradas y la longitud media de las fibras de resina termoplástica son 1 mm o más y menos de 30 mm, respectivamente.

13. El agregado de fibra de carbono según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en donde la longitud media del agregado es de 1,2 a 5,0 veces la longitud media de las fibras de carbono regeneradas y la longitud media de las fibras de resina termoplástica contenidas en el agregado.

14. El agregado de fibra de carbono según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en donde el contenido del aglutinante es de 0,1% en peso y el 10% en peso, basándose en el agregado de fibra de carbono fusiforme.

15. El agregado de fibra de carbono según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en donde las fibras de resina termoplástica se seleccionan entre fibras de resina de poliolefina, fibras de resina de poliéster, fibras de resina de poliamida, fibras de resina de polietercetona, fibras de resina de policarbonato, fibras de resina fenoxi y fibras de resina de sulfuro de polifenileno, y mezclas de las mismas.