JP2015189850A - 繊維強化複合プラスチックの分解・繊維回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の形状の繊維強化複合プラスチックから繊維を回収することができるとともに、工業的な利用にも適用可能な繊維強化複合プラスチックの分解・繊維回収装置を提供する。【解決手段】繊維強化複合プラスチックの分解・繊維回収装置１は、繊維強化複合プラスチックを破砕する破砕装置１０と、破砕された繊維強化複合プラスチックが通過し、加熱装置５０によって加熱される反応チャンバー４０と、破砕装置１０と反応チャンバー４０とを接続し、破砕された繊維強化複合プラスチックが通過する混合チャンバー２０と、繊維強化複合プラスチックを風力によって搬送する送風機２１と、混合チャンバー２０に設置され、粉末状の酸化物半導体が充填される酸化物半導体収容庫３０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、繊維強化複合プラスチックの分解・繊維回収装置に関する。

飛行機や車両、スポーツ用品など、種々の分野にて炭素繊維強化複合プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化複合プラスチック（ＧＦＲＰ）などの繊維強化複合プラスチックが使用されている。また、近年ではセルロースナノファイバー強化複合プラスチックが注目されている。例えば、航空機に使われる繊維強化複合プラスチックでは、窓に使う部分などがくり抜かれ、端材が３０〜５０％になるといわれている。端材の保管場所に苦慮しているという現状や資源の有効活用の観点からも、このような端材などから繊維を回収しリサイクルすることが工業的に急務とされている。

繊維強化複合プラスチックから強化材繊維を回収する手法として、酸化クロム等の酸化物半導体を繊維強化複合プラスチックに接触させ、酸素の存在下、高温状態におくことで、プラスチックを分解し、繊維を回収する手法があり（特許文献１）、この手法に基づいた処理装置が開示されている（特許文献２）。

特開２０１２−２１１２２３号公報 特開２０１３−１４６６４９号公報

特許文献２の装置では、繊維強化複合プラスチックが平板状以外のものに対して利用することが困難であるとともに、多量の繊維強化複合プラスチックを処理することが困難であることから、効率性の観点から工業的な利用は難しい。

本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、工業的にも利用可能な繊維強化複合プラスチックの分解・繊維回収装置を提供することにある。

本発明に係る繊維強化複合プラスチックの分解・繊維回収装置は、
繊維強化複合プラスチックを破砕する破砕装置と、
破砕された前記繊維強化複合プラスチックが通過し、加熱装置によって加熱される反応チャンバーと、
前記破砕装置と前記反応チャンバーとを接続し、破砕された前記繊維強化複合プラスチックが通過する混合チャンバーと、
前記繊維強化複合プラスチックを風力によって搬送する送風機と、
前記混合チャンバーに設置され、粉末状の酸化物半導体が充填される酸化物半導体収容庫と、を備え、
前記繊維強化複合プラスチックを搬送する風力により前記酸化物半導体収容庫から前記酸化物半導体を流出させて前記繊維強化複合プラスチックに前記酸化物半導体を接触させ、前記加熱装置により前記反応チャンバーが加熱されて前記反応チャンバーにて前記酸化物半導体が励起され、前記酸化物半導体の酸化力で前記繊維強化複合プラスチックに含有されるプラスチックがラジカル開裂により分解して燃焼し、残存した繊維を回収する、
ことを特徴とする。

また、前記酸化物半導体収容庫は、前記酸化物半導体が通過可能な孔を有し、風力によって前記孔から前記酸化物半導体を流出させて前記繊維強化複合プラスチックに接触させてもよい。

また、前記反応チャンバーを複数本有し、前記反応チャンバーの側面に穴が形成されていてもよい。

本発明に係る繊維強化複合プラスチックの分解・繊維回収装置では、種々の形状の繊維強化複合プラスチックからの繊維の回収が可能であり、且つ、多量の繊維強化複合プラスチックを処理することができるので、工業的な利用にも適用可能である。

繊維強化複合プラスチックの分解・繊維回収装置の内部構成を示す図である。 図１のＡ−Ａ’矢視図である。 酸化物半導体収容庫から酸化物半導体が流出し、繊維強化複合プラスチックに接触する様子を示す図である。 図３のＢ−Ｂ’矢視図である。

図１、２に示すように、繊維強化複合プラスチックの分解・繊維回収装置１は、破砕装置１０、混合チャンバー２０、送風機２１、酸化物半導体収容庫３０、反応チャンバー４０、加熱装置５０、繊維回収庫６０を備える。

破砕装置１０は、投入口１１、回転刃１２、モーター１３、フィルター１４を備え、投入口１１から投入された繊維強化複合プラスチックを破砕し、フィルター１４を通過可能な大きさに細分化する。回転刃１２は、モーター１３によって回転し、繊維強化複合プラスチックが混合チャンバー２０を通過可能で、且つ、反応チャンバー４０に流入可能な程度に破砕する。破砕装置１０として、ハンマー式粉砕機、一軸型破砕機、二軸型破砕機など繊維強化複合プラスチックを破砕可能な種々の装置が用いられる。また、フィルター１４は、種々のサイズの目を有するものに取り替え可能である。

送風機２１は、破砕された繊維強化複合プラスチックを混合チャンバー２０を通過させて、反応チャンバー４０へと搬送する。送風機２１として、ファンやブロワなど、風力で繊維強化複合プラスチックを搬送可能な装置が用いられる。

混合チャンバー２０は破砕装置１０と反応チャンバー４０とを接続しており、破砕装置１０で破砕された繊維強化複合プラスチックが反応チャンバー４０へと搬送される通路である。

混合チャンバー２０には酸化物半導体収容庫３０が設置されており、粉末状の酸化物半導体が充填されている。酸化物半導体収容庫３０には、図３、図４に示すように、酸化物半導体が通過可能な孔３１が形成されている。この孔３１を通じて酸化物半導体収容庫３０から酸化物半導体が流出する。酸化物半導体収容庫３０は、繊維強化複合プラスチックの流れを阻害しない程度に混合チャンバー２０の上側に設置されている。そして、酸化物半導体収容庫３０の上部は開閉可能な酸化物半導体投入口３２となっており、酸化物半導体投入口３２を開いて酸化物半導体が充填される。

酸化物半導体として、後述のようにポリマーを分解可能な酸化クロム等、公知の酸化物半導体の粉末が用いられる。

また、混合チャンバー２０には、混合チャンバー内の排気を排出する排気口２４を備える。排気口２４には、繊維強化複合プラスチックや酸化物半導体の流出を防ぐフィルターやダンパーが設置される。

反応チャンバー４０は、内部が中空の管体であり、加熱装置５０によって加熱され、内部に流入した繊維強化複合プラスチックが加熱される反応場である。反応チャンバー４０は耐熱性の高い素材から構成される。また、反応チャンバー４０には熱効率の向上、熱歪みを吸収して高温状態による破損、変形を防止すべく孔４１が形成されていてもよい。

加熱装置５０は、ヒーター５１、循環ファン５２、モーター５３を備えている。加熱装置５０は、ヒーター５１で加熱された空気が循環ファン５２によって反応チャンバー４０の側壁に送られて反応チャンバー４０を加熱し、熱風が加熱装置５０と反応チャンバー４０とを循環する間接加熱式である。加熱装置５０は、反応チャンバー４０を３５０〜５００℃程度に加熱可能なものが用いられる。加熱装置５０は上記の構成のほか、反応チャンバー４０を加熱可能であれば、限定されるものではなく、例えば、反応チャンバー４０に直接電熱線等が設置される形態などでもよい。

反応チャンバー４０、加熱装置５０が設置されている周辺部位は、反応チャンバー４０が効率的に加熱されるようロックウール等の断熱材５４で覆われている。また、反応チャンバー４０の上方には開閉可能な爆発口２５が設置されており、反応チャンバー４０の上部及び下部には、不図示の圧力計が設置されている。反応チャンバー４０の下部の圧力が過度に上昇し、反応チャンバー４０の下部と上部との差圧が所定の差圧よりも大きくなった場合に爆発口２５が開くよう構成されており、繊維強化複合プラスチックの分解・繊維回収装置１の破損や周辺への被害を最小限に抑えられるよう安全性に配慮されている。

反応チャンバー４０の下部は、開閉可能な開閉機構弁６１に接触しており、開閉機構弁６１の下方には、繊維回収庫６０が設置されている。開閉機構弁６１が開くことで反応チャンバー４０と繊維回収庫６０は連通しており、繊維強化複合プラスチックからのプラスチックの分解により、残存した繊維が回収される容器である。

制御装置７０は、破砕装置１０、爆発口２５、送風機２１、加熱装置５０、開閉機構弁６１等の駆動を制御する。制御装置７０は、モニター、入力部、制御部を有しており、ユーザーの入力に従い、上記の各装置の駆動を制御して、繊維強化複合プラスチックの分解、繊維の回収を大量に連続的に処理する。

続いて、繊維強化複合プラスチックの分解・繊維回収装置１における繊維強化複合プラスチックから繊維を回収する動作について説明する。なお、後述する各装置の動作は、制御装置７０による制御に基づいて行われる。

まず、投入口１１から繊維強化複合プラスチックが投入される。投入された繊維強化複合プラスチックは、回転刃１２によって、反応チャンバー４０を通過可能な程度の大きさに破砕される。

投入される繊維強化複合プラスチックは、ポリカーボネート等のポリマーに炭素繊維、ガラス繊維或いはセルロースナノファイバーを入れて強度を向上させた複合材料である炭素繊維強化複合プラスチックやガラス繊維強化複合プラスチック、セルロースナノファイバー強化複合プラスチックである。また、繊維強化複合プラスチックは、飛行機や車両、スポーツ用品等の生産時に出る端材や、使用されて不要になったものなどでもよい。

破砕された繊維強化複合プラスチックは、送風機２１によって吸引され、混合チャンバー２０へと圧送される。送風機２１による風力により、繊維強化複合プラスチックは酸化物半導体収容庫３０が設置されている部位を通過して反応チャンバー４０の内部へと搬送される。

混合チャンバー２０には酸化物半導体収容庫３０が設置されており、図３、図４に示すように、酸化物半導体収容庫３０には孔３１が形成されているので、繊維強化複合プラスチックを搬送する風力により、酸化物半導体が吸引されて孔３１から混合チャンバー２０内に流出する。即ち、混合チャンバー２０を流れる風により、酸化物半導体収容庫３０の壁面が負圧になるので、酸化物半導体が混合チャンバー２０内に吸引され、流出する。そして、流出した酸化物半導体が繊維強化複合プラスチックに接触する。

反応チャンバー４０は加熱装置５０によって加熱されているので、反応チャンバー４０内部では以下のように、繊維強化複合プラスチック中のプラスチックが分解される。

まず、反応チャンバー４０内にて酸化物半導体が加熱されることにより、電子がエネルギーを受けて飛び出し、正孔ができる（励起状態）。励起された酸化物半導体は元の安定状態に戻ろうとする性質、つまり、強い酸化力を持つ。この酸化物半導体が繊維強化複合プラスチックに接触していると、プラスチック（ポリマー）から電子を奪い、ポリマーが不安定になる。

電子を奪われたポリマーにはラジカルが生成され、このラジカルがポリマーの内部を自由に走り回り、全体を不安定化させ、次々に大きな分子を切断していく。このようにラジカル開裂によって、ポリマーが低分子化されていく。

反応チャンバー４０には送風機２１によって、繊維強化複合プラスチックと空気が供給されていること、反応チャンバー４０が加熱されていることから、小さくなった分子は酸素と結びついて燃焼し、水と炭酸ガス（二酸化炭素）になる。なお、生成した水は水蒸気であり、炭酸ガスとともに排気口２４から排出される。

このようにして繊維強化複合プラスチック中のプラスチックが分解され、残存した繊維強化複合プラスチック中の繊維が反応チャンバー４０の下方に溜まる。そして、開閉機構弁６１が開くことにより、繊維が繊維回収庫６０へと落下し回収される。

上記では、酸化物半導体収容庫３０が混合チャンバー２０の上部に設置された例について説明したが、風力により酸化物半導体収容庫３０から酸化物半導体が流出するよう設置されていればよく、混合チャンバー２０の下部や両側などに設置されていてもよい。また、酸化物半導体収容庫３０は、混合チャンバー２０の断面積が減少しないよう、混合チャンバー２０に埋め込まれた形態で設置されていてもよい。

また、酸化物半導体収容庫３０は、風力が作用していない状態では、酸化物半導体が流出しない程度のメッシュを有する網状体又はパンチング孔から構成される。

１ 繊維強化複合プラスチックの分解・繊維回収装置
１０ 破砕装置
１１ 投入口
１２ 回転刃
１３ モーター
１４ フィルター
２０ 混合チャンバー
２１ 送風機
２２ ファン
２３ モーター
２４ 排気口
２５ 爆発口
３０ 酸化物半導体収容庫
３１ 孔
３２ 酸化物半導体投入口
４０ 反応チャンバー
４１ 孔
５０ 加熱装置
５１ ヒーター
５２ 循環ファン
５３ モーター
５４ 断熱材
６０ 繊維回収庫
６１ 開閉機構弁
７０ 制御装置

Claims (3)

1. 繊維強化複合プラスチックを破砕する破砕装置と、
   破砕された前記繊維強化複合プラスチックが通過し、加熱装置によって加熱される反応チャンバーと、
   前記破砕装置と前記反応チャンバーとを接続し、破砕された前記繊維強化複合プラスチックが通過する混合チャンバーと、
   前記繊維強化複合プラスチックを風力によって搬送する送風機と、
   前記混合チャンバーに設置され、粉末状の酸化物半導体が充填される酸化物半導体収容庫と、を備え、
   前記繊維強化複合プラスチックを搬送する風力により前記酸化物半導体収容庫から前記酸化物半導体を流出させて前記繊維強化複合プラスチックに前記酸化物半導体を接触させ、前記加熱装置により前記反応チャンバーが加熱されて前記反応チャンバーにて前記酸化物半導体が励起され、前記酸化物半導体の酸化力で前記繊維強化複合プラスチックに含有されるプラスチックがラジカル開裂により分解して燃焼し、残存した繊維を回収する、
   ことを特徴とする繊維強化複合プラスチックの分解・繊維回収装置。
2. 前記酸化物半導体収容庫は、前記酸化物半導体が通過可能な孔を有し、風力によって前記孔から前記酸化物半導体を流出させて前記繊維強化複合プラスチックに接触させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合プラスチックの分解・繊維回収装置。
3. 前記反応チャンバーを複数本有し、前記反応チャンバーの側面に穴が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の繊維強化複合プラスチックの分解・繊維回収装置。

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