JP2523229B2 - 炭素繊維強化樹脂成形体を再生・利用する方法 - Google Patents
炭素繊維強化樹脂成形体を再生・利用する方法Info
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- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は炭素繊維強化樹脂成形体
（以下、ＣＦＲＰという）を再生・利用する方法に関す
る。特に本発明はＣＦＲＰを効率よく再生し、有用な再
利用可能な炭素繊維製品を得る方法に関する。
（以下、ＣＦＲＰという）を再生・利用する方法に関す
る。特に本発明はＣＦＲＰを効率よく再生し、有用な再
利用可能な炭素繊維製品を得る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、炭素繊維は樹脂や金属などのいわ
ゆるマトリックス材料と複合体（コンポジット）を形成
することにより、構造材料として広く用いられている。
炭素繊維と組み合せるマトリックス材料としては、成形
が容易なことから熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂がもっと
も頻繁に使用されている。強化材料としての炭素繊維
は、高度な機械的特性、耐熱性、電気的性質、耐微生物
特性などを有しているので、飛行機やロケットなどの航
空宇宙構造部材、自動車部品などの産業用途、ゴルフク
ラブ、テニスラケット、釣竿などのスポーツ用品用の複
合材料補強繊維として広く使用されている。しかしなが
ら、ＣＦＲＰは炭素繊維をマトリックス樹脂中に埋め込
み接着一体化した構造であるため、高度な機械的特性、
安定性が災いして、一次製品として使用された後に再生
利用しようとしても適切な方法が見いだされていない問
題があった。従って一次製品としての利用が終わった後
で再利用されることは稀であり、殆どが細断され、産業
廃棄物または一般廃棄物として埋め立てまたは焼却され
ていた。近年その性能、特に引張強度が一層向上するこ
とにより、ＣＦＲＰが広範囲に使用されるようになる一
方、地球環境に対する世界的認識の広がり、および廃棄
物処理の困難さから、有効な再利用方法に対する要求が
益々強くなっている。
ゆるマトリックス材料と複合体（コンポジット）を形成
することにより、構造材料として広く用いられている。
炭素繊維と組み合せるマトリックス材料としては、成形
が容易なことから熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂がもっと
も頻繁に使用されている。強化材料としての炭素繊維
は、高度な機械的特性、耐熱性、電気的性質、耐微生物
特性などを有しているので、飛行機やロケットなどの航
空宇宙構造部材、自動車部品などの産業用途、ゴルフク
ラブ、テニスラケット、釣竿などのスポーツ用品用の複
合材料補強繊維として広く使用されている。しかしなが
ら、ＣＦＲＰは炭素繊維をマトリックス樹脂中に埋め込
み接着一体化した構造であるため、高度な機械的特性、
安定性が災いして、一次製品として使用された後に再生
利用しようとしても適切な方法が見いだされていない問
題があった。従って一次製品としての利用が終わった後
で再利用されることは稀であり、殆どが細断され、産業
廃棄物または一般廃棄物として埋め立てまたは焼却され
ていた。近年その性能、特に引張強度が一層向上するこ
とにより、ＣＦＲＰが広範囲に使用されるようになる一
方、地球環境に対する世界的認識の広がり、および廃棄
物処理の困難さから、有効な再利用方法に対する要求が
益々強くなっている。
【０００３】このような要求に対して、従来はあまり検
討が為されてきていないが、例えば特開昭５７−１１７
５３５号公報によれば、炭素繊維またはマトリックス樹
脂にアルカリ金属などを含有させることにより、焼却に
よる廃棄処理を容易にさせるという提案がみられる。な
お、例えば「炭素繊維」（近代編集社、昭和４７年発
行）の第３２４頁には、ＣＦＲＰの繊維含有率を燃焼ま
たは薬液の処理によって測定する方法が記載されてい
る。
討が為されてきていないが、例えば特開昭５７−１１７
５３５号公報によれば、炭素繊維またはマトリックス樹
脂にアルカリ金属などを含有させることにより、焼却に
よる廃棄処理を容易にさせるという提案がみられる。な
お、例えば「炭素繊維」（近代編集社、昭和４７年発
行）の第３２４頁には、ＣＦＲＰの繊維含有率を燃焼ま
たは薬液の処理によって測定する方法が記載されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記特開昭５７−１１
７５３５号公報による方法は、燃焼性が高く、燃焼後の
炭素繊維の電気抵抗も高く出来るため、万一浮遊しても
電気傷害などが生じにくいＣＦＲＰが提供される。しか
しながら、ＣＦＲＰ自体は焼却されてしまうため、高々
熱エネルギーが回収されるのみであり、有効な再利用技
術とはいえない問題点があった。なお、上記「炭素繊
維」に記載する繊維含有率を測定する方法は、樹脂の種
類によって分解時間が異なり、しかも得られる炭素繊維
が取扱いにくく、その特性が低下する、あるいは薬液を
使用するため後処理が困難であるなどの問題があった。
７５３５号公報による方法は、燃焼性が高く、燃焼後の
炭素繊維の電気抵抗も高く出来るため、万一浮遊しても
電気傷害などが生じにくいＣＦＲＰが提供される。しか
しながら、ＣＦＲＰ自体は焼却されてしまうため、高々
熱エネルギーが回収されるのみであり、有効な再利用技
術とはいえない問題点があった。なお、上記「炭素繊
維」に記載する繊維含有率を測定する方法は、樹脂の種
類によって分解時間が異なり、しかも得られる炭素繊維
が取扱いにくく、その特性が低下する、あるいは薬液を
使用するため後処理が困難であるなどの問題があった。
【０００５】すなわち、本発明の目的はＣＦＲＰを有効
に再利用する技術を提供することにある。特にＣＦＲＰ
からマトリックス樹脂のみを焼却し、炭素繊維を取り出
して有効に再利用する方法に関する。
に再利用する技術を提供することにある。特にＣＦＲＰ
からマトリックス樹脂のみを焼却し、炭素繊維を取り出
して有効に再利用する方法に関する。
【０００６】通常ＣＦＲＰが廃棄される場合、ＣＦＲＰ
自体には破損、消耗などがないが、他の部品が壊れた場
合または破損していても部分的な破損に留まり、ＣＦＲ
Ｐの力学的な特性としては充分に機能しているが、単に
システムとしての機能が失われた場合が大部分である。
本発明の課題は、廃棄対象となったＣＦＲＰからできる
だけ力学的性質を保った炭素繊維を取り出し再利用する
方法を提供することにある。
自体には破損、消耗などがないが、他の部品が壊れた場
合または破損していても部分的な破損に留まり、ＣＦＲ
Ｐの力学的な特性としては充分に機能しているが、単に
システムとしての機能が失われた場合が大部分である。
本発明の課題は、廃棄対象となったＣＦＲＰからできる
だけ力学的性質を保った炭素繊維を取り出し再利用する
方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、Ｃ
ＦＲＰをマトリックス樹脂の分解点以上であり、炭素繊
維が実質的に分解しない温度で処理し、マトリックス樹
脂の分解物で一体化された炭素繊維塊とすることを特徴
とするＣＦＲＰを再生・利用する方法によって達成する
ことができる。
ＦＲＰをマトリックス樹脂の分解点以上であり、炭素繊
維が実質的に分解しない温度で処理し、マトリックス樹
脂の分解物で一体化された炭素繊維塊とすることを特徴
とするＣＦＲＰを再生・利用する方法によって達成する
ことができる。
【０００８】以下、本発明について詳細に説明する。
【０００９】まず本発明の処理によればＣＦＲＰがマト
リックス樹脂の分解点以上で炭素繊維が実質的に分解し
ない温度で処理されるため、得られる炭素繊維の物性、
特に引張強度・弾性率の低下を小さく押さえることがで
きることに特徴がある。処理温度は、用いる炭素繊維、
マトリックス樹脂の種類により適宜変更する必要がある
が、一例を挙げれば、エポキシ樹脂マトリックスでは３
５０℃以上、引張強度が３ＧPa程度以上のアクリル系炭
素繊維では６５０℃以下である。この条件を選択するこ
とによって、高い物性の再生炭素繊維が再現性よく得ら
れる。７００℃以上の条件では炭素繊維の重量減がなく
ても、物性が低下し易く、またＣＦＲＰの形状によっ
て、一定の物性の再生炭素繊維が得られない場合があ
る。一方余りに低温では処理能力が上がらず実用的では
ない。
リックス樹脂の分解点以上で炭素繊維が実質的に分解し
ない温度で処理されるため、得られる炭素繊維の物性、
特に引張強度・弾性率の低下を小さく押さえることがで
きることに特徴がある。処理温度は、用いる炭素繊維、
マトリックス樹脂の種類により適宜変更する必要がある
が、一例を挙げれば、エポキシ樹脂マトリックスでは３
５０℃以上、引張強度が３ＧPa程度以上のアクリル系炭
素繊維では６５０℃以下である。この条件を選択するこ
とによって、高い物性の再生炭素繊維が再現性よく得ら
れる。７００℃以上の条件では炭素繊維の重量減がなく
ても、物性が低下し易く、またＣＦＲＰの形状によっ
て、一定の物性の再生炭素繊維が得られない場合があ
る。一方余りに低温では処理能力が上がらず実用的では
ない。
【００１０】次に、本発明における炭素繊維塊はマトリ
ックス樹脂の分解物によって一体化されているが、次工
程の処理時に容易に構成繊維毎に分割されるという特徴
がある。このためマトリックス樹脂の分解率を調整して
８０％以上９９．５％以下とすることが望ましい。分解
率が低すぎると取扱は容易であるが、次工程での繊維の
切断時などにミスカット、切断機の故障などを生じる
し、逆に分解率が高すぎると分解炭素繊維が分繊してし
まい統一された繊維として次工程に供給できなくなる問
題がある。
ックス樹脂の分解物によって一体化されているが、次工
程の処理時に容易に構成繊維毎に分割されるという特徴
がある。このためマトリックス樹脂の分解率を調整して
８０％以上９９．５％以下とすることが望ましい。分解
率が低すぎると取扱は容易であるが、次工程での繊維の
切断時などにミスカット、切断機の故障などを生じる
し、逆に分解率が高すぎると分解炭素繊維が分繊してし
まい統一された繊維として次工程に供給できなくなる問
題がある。
【００１１】本発明に使用する強化炭素繊維は、その前
駆体（プリカ−サ）として、アクリル系、ピッチ系、レ
ーヨン系その他特に限定はされるものではない。
駆体（プリカ−サ）として、アクリル系、ピッチ系、レ
ーヨン系その他特に限定はされるものではない。
【００１２】炭素繊維はそのプリカーサ繊維を紡糸し、
必要に応じて２００〜４００℃の空気や酸化窒素などの
酸化性雰囲気中で加熱焼成して、酸化繊維に転換する耐
炎化工程を通過した後、窒素、アルゴン、ヘリウム等の
不活性雰囲気や真空中でさらに３００〜２５００℃に加
熱して炭化又は炭化・黒鉛化する炭化、又は炭化・黒鉛
化工程を経ることによって製造される。特にアクリル系
繊維やピッチ系繊維から得られる炭素繊維で強度が２Ｇ
Pa以上のものに対して適用すると、著しい効果が発揮さ
れる。
必要に応じて２００〜４００℃の空気や酸化窒素などの
酸化性雰囲気中で加熱焼成して、酸化繊維に転換する耐
炎化工程を通過した後、窒素、アルゴン、ヘリウム等の
不活性雰囲気や真空中でさらに３００〜２５００℃に加
熱して炭化又は炭化・黒鉛化する炭化、又は炭化・黒鉛
化工程を経ることによって製造される。特にアクリル系
繊維やピッチ系繊維から得られる炭素繊維で強度が２Ｇ
Pa以上のものに対して適用すると、著しい効果が発揮さ
れる。
【００１３】アクリル系繊維の例としては、そのポリマ
が適当な共重合体を１０％以下含む共重合体で、乳化懸
濁、塊状、溶液等の一般的な重合方法により、重合度は
極限粘度で１．３〜５．０、好ましくは１．５〜３．０
の範囲のものを挙げることができる。これらの重合体か
らアクリル系繊維を製造する方法としては、湿式紡糸
法、乾湿式紡糸法、乾式紡糸法によることができる。繊
維のフィラメント数は、通常５００〜１０００００の範
囲で選ぶことができる。また、単繊維繊度としては、
０．１〜５ｄの範囲で選ぶことができる。
が適当な共重合体を１０％以下含む共重合体で、乳化懸
濁、塊状、溶液等の一般的な重合方法により、重合度は
極限粘度で１．３〜５．０、好ましくは１．５〜３．０
の範囲のものを挙げることができる。これらの重合体か
らアクリル系繊維を製造する方法としては、湿式紡糸
法、乾湿式紡糸法、乾式紡糸法によることができる。繊
維のフィラメント数は、通常５００〜１０００００の範
囲で選ぶことができる。また、単繊維繊度としては、
０．１〜５ｄの範囲で選ぶことができる。
【００１４】強化繊維に組み合わせるマトリックス樹脂
の例としては、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、
フラン、ポリイミド、エポキシ、ポリカーボネート、ポ
リアセタール、ナイロン、ポリエーテルイミド、ポリエ
ーテルケトンなど特に限定されるものではなく、熱可塑
性または熱硬化性マトリックス樹脂の中から適宜選択す
ることができるが、特にエポキシ樹脂、不飽和ポリエス
テル樹脂などの熱硬化性マトリックス樹脂を用いる場合
には収率、物性の面で好ましい炭素繊維が回収できる。
の例としては、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、
フラン、ポリイミド、エポキシ、ポリカーボネート、ポ
リアセタール、ナイロン、ポリエーテルイミド、ポリエ
ーテルケトンなど特に限定されるものではなく、熱可塑
性または熱硬化性マトリックス樹脂の中から適宜選択す
ることができるが、特にエポキシ樹脂、不飽和ポリエス
テル樹脂などの熱硬化性マトリックス樹脂を用いる場合
には収率、物性の面で好ましい炭素繊維が回収できる。
【００１５】回収された炭素繊維は、そのままの形態、
あるいは適当な長さに加工した後再利用することができ
る。加工法の例としては、一定の長さに切断し、サイジ
ング剤を付与した後チョップド糸として使用する方法、
切断・磨砕してより繊維長が短いミルド糸として使用す
る方法、公知の処理方法によって活性炭素短繊維に転換
して使用する方法などを挙げることができる。またいず
れの加工を行なうにも一体化された炭素繊維塊は種々の
形態、繊維長からなるが、切断あるいは磨砕によって産
業製品として意味のある一定形状の再生炭素繊維を得る
ときには容易に分繊することができる。これらの処理は
組み合わせて行なうことができ、その場合は特に処理の
順序は限定されない。
あるいは適当な長さに加工した後再利用することができ
る。加工法の例としては、一定の長さに切断し、サイジ
ング剤を付与した後チョップド糸として使用する方法、
切断・磨砕してより繊維長が短いミルド糸として使用す
る方法、公知の処理方法によって活性炭素短繊維に転換
して使用する方法などを挙げることができる。またいず
れの加工を行なうにも一体化された炭素繊維塊は種々の
形態、繊維長からなるが、切断あるいは磨砕によって産
業製品として意味のある一定形状の再生炭素繊維を得る
ときには容易に分繊することができる。これらの処理は
組み合わせて行なうことができ、その場合は特に処理の
順序は限定されない。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。 実施例 芳香族アミンを主な硬化剤として用いたエポキジ樹脂を
マトリックスとし、強化炭素繊維として、単繊維強度が
３ＧPaのアクリル系炭素繊維を用い繊維含有率を５８％
に設計したＣＦＲＰを焼却処理するに際し、表１に示す
条件で熱分解を行なった。ここで焼成品の形態が○であ
るとはマトリックス樹脂の分解・炭化物によって炭素繊
維が一体化されていることを示す。また工程通過性とは
再生炭素繊維塊を切断・磨砕工程に供する際の操作性、
分繊性を評価したものである。表１によれば処理温度を
４００℃とし、マトリックス樹脂の減量率を８０％を越
えるようにすることによって、物性、焼成品形態、切断
・磨砕工程での通過性に優れた再生炭素繊維塊が得られ
ることが分かる。
る。 実施例 芳香族アミンを主な硬化剤として用いたエポキジ樹脂を
マトリックスとし、強化炭素繊維として、単繊維強度が
３ＧPaのアクリル系炭素繊維を用い繊維含有率を５８％
に設計したＣＦＲＰを焼却処理するに際し、表１に示す
条件で熱分解を行なった。ここで焼成品の形態が○であ
るとはマトリックス樹脂の分解・炭化物によって炭素繊
維が一体化されていることを示す。また工程通過性とは
再生炭素繊維塊を切断・磨砕工程に供する際の操作性、
分繊性を評価したものである。表１によれば処理温度を
４００℃とし、マトリックス樹脂の減量率を８０％を越
えるようにすることによって、物性、焼成品形態、切断
・磨砕工程での通過性に優れた再生炭素繊維塊が得られ
ることが分かる。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【発明の効果】本発明のＣＦＲＰ処理方法によれば、再
生可能な炭素繊維塊が高収率で高物性を保ったまま得る
ことができる。
生可能な炭素繊維塊が高収率で高物性を保ったまま得る
ことができる。
【００１９】また特に種々の形態をしたＣＦＲＰ廃棄物
から一定の形状をした再生炭素繊維を得るため、全体と
しては一体化しているが、切断などの次工程に供給され
たときに一定形状の単繊維に容易に分解できるという特
徴を持つ、取扱性が良好である炭素繊維塊を得ることが
できる。
から一定の形状をした再生炭素繊維を得るため、全体と
しては一体化しているが、切断などの次工程に供給され
たときに一定形状の単繊維に容易に分解できるという特
徴を持つ、取扱性が良好である炭素繊維塊を得ることが
できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｌ 101:00 Ｃ０８Ｌ 101:00
Claims (2)
- 【請求項１】炭素繊維強化樹脂成形体をマトリックス樹
脂の分解点以上であり、炭素繊維が実質的に分解しない
温度で処理し、マトリックス樹脂の分解物で一体化され
た炭素繊維塊とすることを特徴とする炭素繊維強化樹脂
成形体を再生・利用する方法。 - 【請求項２】一体化された炭素繊維塊でのマトリックス
樹脂の分解率が８０〜９９．５％である炭素繊維強化樹
脂成形体を再生・利用する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9207291A JP2523229B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 炭素繊維強化樹脂成形体を再生・利用する方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9207291A JP2523229B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 炭素繊維強化樹脂成形体を再生・利用する方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04323009A JPH04323009A (ja) | 1992-11-12 |
| JP2523229B2 true JP2523229B2 (ja) | 1996-08-07 |
Family
ID=14044255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9207291A Expired - Lifetime JP2523229B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 炭素繊維強化樹脂成形体を再生・利用する方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2523229B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101889045B (zh) * | 2007-12-07 | 2012-07-18 | 丰田自动车株式会社 | 纤维增强塑料的再利用方法 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06298993A (ja) * | 1993-04-15 | 1994-10-25 | Kobe Steel Ltd | 炭素繊維強化複合材料の熱分解処理方法 |
| JP3283967B2 (ja) * | 1993-06-28 | 2002-05-20 | 東レ株式会社 | 炭素繊維強化プラスチックの処理方法および再生炭素繊維の製造方法 |
| JP3401865B2 (ja) * | 1993-10-25 | 2003-04-28 | 東レ株式会社 | 炭素繊維塊およびその製造方法 |
| JP3468690B2 (ja) * | 1998-04-09 | 2003-11-17 | 株式会社アシックス | 炭素繊維の製造方法 |
| JP3535972B2 (ja) * | 1998-05-21 | 2004-06-07 | 株式会社アシックス | 高導電性炭素繊維及びその製造方法 |
| GB0800940D0 (en) | 2008-01-18 | 2008-02-27 | Milled Carbon Ltd | Recycling carbon fibre |
| JP5498144B2 (ja) * | 2009-12-09 | 2014-05-21 | 一般財団法人ファインセラミックスセンター | 炭素繊維の回収方法 |
| JP6300487B2 (ja) * | 2013-10-21 | 2018-03-28 | 学校法人同志社 | 再生炭素繊維強化プラスチック成形体の製造方法 |
| JP2017002125A (ja) * | 2015-06-05 | 2017-01-05 | 東レ株式会社 | リサイクル炭素繊維束 |
| CN105014824B (zh) * | 2015-08-10 | 2017-05-17 | 郴州湘南麻业有限公司 | 废弃纤维纺织品再利用方法 |
| JP6649860B2 (ja) * | 2015-09-30 | 2020-02-19 | 太平洋セメント株式会社 | 燃料の製造方法 |
| CN110678507B (zh) * | 2017-05-17 | 2022-07-12 | 株式会社新菱 | 再生碳纤维束制造方法、装置和产品以及再生碳纤维、粉碎物、强化树脂的制造方法 |
| JP7082916B2 (ja) * | 2017-07-27 | 2022-06-09 | 大阪ガスケミカル株式会社 | 炭素繊維ミルドの製造方法 |
| CN108049183A (zh) * | 2017-12-22 | 2018-05-18 | 北京化工大学 | 一种用于碳纤维的上胶剂及其制备方法 |
-
1991
- 1991-04-23 JP JP9207291A patent/JP2523229B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101889045B (zh) * | 2007-12-07 | 2012-07-18 | 丰田自动车株式会社 | 纤维增强塑料的再利用方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04323009A (ja) | 1992-11-12 |
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