JP2722965B2

JP2722965B2 - 炭素繊維の焼却方法および炭素繊維強化樹脂混合物の焼却方法

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Publication number: JP2722965B2
Application number: JP26362192A
Authority: JP
Inventors: 祥司山根; 吉伸窪田
Original assignee: TORE KK
Current assignee: TORE KK
Priority date: 1992-10-01
Filing date: 1992-10-01
Publication date: 1998-03-09
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JPH06117614A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭素繊維の焼却方法お
よび炭素繊維強化樹脂混合物の焼却方法に関するもので
ある。さらに詳細には、炭素繊維および炭素繊維強化樹
脂混合物を効率よく焼却処理する方法に関するものであ
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。
また、用い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。構造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、コンクリート補強などの産業用
途、ゴルフクラブ、テニスラケット、つりざお、自転車
などのスポーツ用品の複合材料の補強繊維として広く使
用されている。これらの炭素繊維をマトリックス樹脂中
に埋め込んだ炭素繊維強化樹脂成形体は、高度な機械的
特性、安定性が災いして、製品としての使用後の処理に
ついて適切な方法が見いだされておらず、一次利用が終
った後では、ほとんどが細断され、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。また、
製造工程で発生する繊維屑、繊維と未硬化樹脂との混合
物、成形体の破片などについても同様で、未だ確立され
た方法はなかった。

【０００３】これらの廃棄またはリサイクルに関し、焼
却または埋没処理して廃棄する方法、炭素繊維単独の場
合には短繊維に切断または磨砕化して再度充填材や補強
用繊維として使用する方法、特開昭63-39648号公報にみ
られるようにガラス繊維強化プラスチックスの場合は粉
砕により微粉化して他のマトリックスへの強化充填材ま
たは増量材として使用する方法などが試みられている。
とくに、強化繊維が炭素繊維の場合、ガラス繊維と異な
り、アルカリに対する安定性が高いこともあって、セメ
ント、コンクリートなどのいわゆる強アルカリ性マトリ
ックスへの充填材として好適に用いられると考えられ
る。しかしながら、粉砕や埋没に適さない形状、物性の
ものなどでは、焼却処理を行う必要がある。

【０００４】炭素繊維は、その構造が基本的には黒鉛構
造の炭素からなっており、酸化可能な物質ではあるが、
製造工程で高温での延伸処理を受けているため、一般的
には熱安定性が高く、焼却には比較的長時間を要するた
め、処理の経済性に難点があった。

【０００５】このため、例えば、炭素繊維の耐酸化性を
低下させる目的で、炭素繊維またはマトリックス樹脂中
に予めアルカリ金属などを含有させておくことにより、
焼却による廃棄処理を容易にするという提案がみられる
（特開昭５７−１１７５３５号公報）。これは、燃焼性
が高く、燃焼後の炭素繊維の電気抵抗を高くすることが
できるため、万一、炭素繊維が浮遊しても電気障害など
が生じにくい炭素繊維強化プラスチックス（以下、ＣＦ
ＲＰ）を提供できるというものである。これによれば、
ＣＦＲＰの熱安定性は確かに低下し処理が容易になる
が、通常の使用時において製品としての熱安定性も低下
することを免れ得ず、また、金属がコンポジット全体に
分布しているため、加える金属の量に対して熱安定性の
低下効果が小さいという問題点があった。

【０００６】なお、例えば、大谷杉郎ら著「炭素繊維」
近代編集社発行（昭和47年）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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、炭素繊維は
９０％以上が炭素元素からなり、その燃焼熱は石炭など
と殆ど同程度の値を示すにもかかわらず、非常に熱安定
性が高いため、燃焼に多大の時間を要するため、廃棄物
処理の観点からは、不燃物として位置づけられてきた。
したがって、本発明の課題は、このような炭素繊維、炭
素繊維とマトリックス樹脂との混合体およびその硬化物
などを効率よく経済的に焼却処理する技術を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の炭素繊維の焼却方法は、次の構成を有する。す
なわち、炭素繊維を焼却処理するに際し、アルカリ金
属、アルカリ土類金属、遷移金属よりなる群から選ばれ
た１種以上の金属を含む化合物を、炭素繊維に対し金属
元素に換算して１００ｐｐｍ以上添加することを特徴と
する炭素繊維の焼却方法である。

【０００９】また、本発明の炭素繊維強化樹脂混合物の
焼却方法は、次の構成を有する。すなわち、炭素繊維強
化樹脂混合物を焼却処理するに際し、アルカリ金属、ア
ルカリ土類金属、遷移金属よりなる群から選ばれた１種
以上の金属を含む化合物を、炭素繊維に対し金属元素に
換算して１００ｐｐｍ以上添加することを特徴とする炭
素繊維強化樹脂混合物の焼却方法である。

【００１０】なお、本発明において、炭素繊維強化樹脂
混合物とは、プリプレグのようにマトリックス樹脂が未
硬化状態の混合体とマトリックス樹脂を硬化させた後の
成形体の双方を包含するものである。

【００１１】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明は、従来の方法では焼却困難であるとされてきた炭
素繊維、樹脂混合物またはその硬化物を、用済み後、金
属化合物を別途添加し、金属元素の触媒効果によって効
率よく焼却するものである。金属元素による促進機構に
ついては、詳細は不明であるが、本発明に用いる金属ま
たは金属化合物の金属元素として効果が認められるもの
は、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉなどのアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａな
どのアルカリ土類金属、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｚ
ｎ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕなどの遷移金属よりな
る群から選ばれた１種以上の金属である。これら金属ま
たはその金属化合物を焼却すべき対象物に付与するに
は、一般的には、金属の水酸基との化合物や酢酸塩など
各種の金属塩化合物を、水溶液または水分散液の状態で
噴霧付与するのが好ましい。

【００１２】これらのうち、焼却の促進効果を高いもの
とし、焼却炉に対する損傷を極小化するなどの観点か
ら、比較的アルカリ性の弱い金属化合物を用いるのが好
ましく、具体的には、水酸化鉄、塩化鉄、硫酸鉄、酢酸
鉄、硫酸カルシウム、酢酸マグネシウム、酢酸銅が特に
好ましい。

【００１３】加える金属または金属化合物の量として
は、金属元素換算で焼却対象物に対し１００ｐｐｍ以
上、好ましくは５００ｐｐｍ以上とするものである。１
００ｐｐｍ未満では燃焼促進効果に乏しい。一方、燃焼
促進効果は金属量の増加にともなって飽和するし、あま
り大量に加えてもかえってその後処理が問題になること
もあり、また、経済的観点からも、その上限は１０００
０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。

【００１４】本発明に用いる炭素繊維は、いわゆる補強
用に用いる長繊維、短繊維からなるもの、活性炭素繊維
など特に制限はなく、その前駆体（プリカーサ）の種類
もポリアクリロニトリル系、ピッチ系、セルロース系そ
の他のものが用いられる。

【００１５】炭素繊維は、そのプリカーサ繊維を紡糸す
ることにより得て、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または不融化工程を通過し
た後、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性雰囲気また
は真空中でさらに３００〜２５００℃に加熱して炭化お
よび／または黒鉛化する炭化、黒鉛化工程を経ることに
よって製造される。

【００１６】また、水蒸気などの半活性雰囲気で賦活化
した活性炭素繊維などにも本発明を適用することが可能
である。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2GPa以上のものは、熱安定性が高
く、焼却処理も困難であるので、これらに対して本発明
を適用すると著しい効果が発揮される。

【００１７】アクリル系繊維の原料ポリマーの例として
は、適当な共重合モノマーを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
り得られる、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出来
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出来る。また、単繊
維繊度としては、０．１〜５ｄの範囲で選ぶことが出来
る。

【００１８】本発明は、焼却対象物として炭素繊維およ
び炭素繊維強化樹脂混合物のいずれにも適用可能であ
る。また、前述のように、炭素繊維強化樹脂混合物と
は、マトリックス樹脂が未硬化状態であるプリプレグお
よびこれを硬化させた後の成形体の双方を包含するもの
である。また、炭素繊維強化樹脂混合物の形状に特に制
限はなく、シート状の中間製品や、実際に使用される成
形品の種々の形状のいずれであってもよい。大型成形品
や複雑な形状の成形品にあっては、予め適当な大きさに
切断または破断しておくことが処理効率を向上させる観
点から好ましい。切断または破断するには、例えば、カ
ッターなどによる切断、プレス機による破断、制御爆破
など公知の手段を用いることができる。

【００１９】また、本発明における焼却の対象物が炭素
繊維強化樹脂混合物またはその硬化物（コンポジット）
であるときのマトリックス樹脂については、燃焼可能な
ものである必要があり、エポキシ樹脂、不飽和ポリエス
テル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェ
ノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリプロピレン樹脂、
ナイロン樹脂などの熱可塑性プラスチックスなどがその
例として挙げられる。以下、本発明を実施例によりさら
に具体的、かつ詳細に説明する。

【００２０】

【実施例】

（実施例１〜３、比較例１〜３）引張弾性率２３０ＧＰ
ａ、引張強度３．５ＧＰａのポリアクリロニトリル系炭
素繊維を焼却処理するに際して、表１に示す条件を用い
て、通常に焼却処理する温度に比し低い温度である５１
０℃で燃焼時間（重量保持率が１０％以下になる時間）
を測定した。なお、炭素繊維中にもともと含まれている
金属量は、金属元素換算で４３ｐｐｍであった。表１の
結果から、硫酸第一鉄を鉄元素相当で１００ｐｐｍ以上
添加した系（実施例１〜３および７，表１中のNo.3〜5
および7 ）では、鉄元素相当で１００ｐｐｍ未満添加し
た系（比較例１〜２，表１中のNo.1〜2 ）に比べ、燃焼
時間の短縮化が達成されることが分かる。

【００２１】また、引張特性がほぼ同様で、炭素繊維内
部に既に１００ｐｐｍの金属元素を含んでいる炭素繊維
を用いたところ、金属が４３ｐｐｍ内部に含まれている
炭素繊維（比較例１，表１中のNo.1）よりは燃焼性が高
かったが、上記実施例１に比べると促進効果が低い結果
となった（比較例３，表１中のNo.6）。

【００２２】

【表１】（実施例４）引張弾性率５００ＧＰａ、引張強度２．５
ＧＰａのピッチ系炭素繊維を強化繊維として用い、ジシ
アンジアミドを主硬化剤として１２５℃で硬化したエポ
キシ樹脂マトリックス系コンポジットを焼却処理するに
際して、表２に示す条件で燃焼を行った。なお、ここで
用いた炭素繊維はもともと繊維内部に鉄、カルシウム、
ナトリウムなどの金属元素を総計２３ｐｐｍ含んでい
た。コンポジットは約１５cm角に裁断し、表２に示す各
種の金属化合物を金属元素換算で１０００ｐｐｍ添加
し、着火材、助燃材としての紙屑および木屑を加え、縦
型の燃焼炉にて燃焼試験を行なった。表２に示すように
本発明に規定する金属化合物を所定量加えた系では燃焼
が完全に起こり、燃焼時間の短縮化が達成されることが
分かる。

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】本発明の方法によれば、短時間で炭素繊
維または炭素繊維強化樹脂混合体を経済的に効率良く焼
却処理することが可能となる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素繊維を焼却処理するに際し、アルカリ
金属、アルカリ土類金属、遷移金属よりなる群から選ば
れた１種以上の金属を含む化合物を、炭素繊維に対し金
属元素に換算して１００ｐｐｍ以上添加することを特徴
とする炭素繊維の焼却方法。
【請求項２】炭素繊維強化樹脂混合物を焼却処理するに
際し、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属より
なる群から選ばれた１種以上の金属を含む化合物を、炭
素繊維に対し金属元素に換算して１００ｐｐｍ以上添加
することを特徴とする炭素繊維強化樹脂混合物の焼却方
法。
【請求項３】金属からなる化合物が水酸化鉄、塩化鉄、
硫酸鉄、酢酸鉄、硫酸カルシウム、酢酸マグネシウム、
酢酸銅からなる群から選ばれた１種以上であることを特
徴とする請求項１または請求項２記載の焼却方法。