JP3180463B2 - 炭素繊維強化プラスチックの処理方法 - Google Patents
炭素繊維強化プラスチックの処理方法Info
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- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、炭素繊維強化プラス
チック（以下、ＣＦＲＰという）を、それから炭素繊維
を回収するために処理する方法に関する。この発明の方
法によって回収した炭素繊維は、粉砕し、ゴムや熱可塑
性樹脂中に混入してその耐摩擦性を向上させたり、セメ
ント、モルタル、コンクリートなどに混入してその力学
的特性を向上させたりするのに使用することができる。
チック（以下、ＣＦＲＰという）を、それから炭素繊維
を回収するために処理する方法に関する。この発明の方
法によって回収した炭素繊維は、粉砕し、ゴムや熱可塑
性樹脂中に混入してその耐摩擦性を向上させたり、セメ
ント、モルタル、コンクリートなどに混入してその力学
的特性を向上させたりするのに使用することができる。
【０００２】
【従来の技術】ＣＦＲＰは、比強度や比弾性率が高く、
耐熱性や耐食性などの諸特性にも優れていることから、
よく知られているように、航空・宇宙用途や、ゴルフク
ラブ、テニスラケットなどのスポーツ用途や、医療用途
など、いろいろな分野で広く利用されている。
耐熱性や耐食性などの諸特性にも優れていることから、
よく知られているように、航空・宇宙用途や、ゴルフク
ラブ、テニスラケットなどのスポーツ用途や、医療用途
など、いろいろな分野で広く利用されている。
【０００３】そのようなＣＦＲＰは、炭素繊維としてポ
リアクリロニトリル系炭素繊維やピッチ系炭素繊維を使
用し、マトリクスとしてエポキシ樹脂や不飽和ポリエス
テル樹脂などのプラスチックを使用したものが多いが、
製造工程で発生する屑類や、不要になったものの処理が
やっかいであるという問題がある。燃やしても、プラス
チックは容易に燃焼するが、炭素繊維はほとんど残渣と
して残るからである。そのため、ＣＦＲＰは、廃棄物処
理上は不燃物に分類され、埋立処理されている。しかし
ながら、近年、埋立地の確保が難しいうえに、確保でき
たとしても周囲の環境を悪化させるといった問題があ
り、対策が望まれている。また、埋立処理は、資源の再
利用という観点からも好ましいことではない。
リアクリロニトリル系炭素繊維やピッチ系炭素繊維を使
用し、マトリクスとしてエポキシ樹脂や不飽和ポリエス
テル樹脂などのプラスチックを使用したものが多いが、
製造工程で発生する屑類や、不要になったものの処理が
やっかいであるという問題がある。燃やしても、プラス
チックは容易に燃焼するが、炭素繊維はほとんど残渣と
して残るからである。そのため、ＣＦＲＰは、廃棄物処
理上は不燃物に分類され、埋立処理されている。しかし
ながら、近年、埋立地の確保が難しいうえに、確保でき
たとしても周囲の環境を悪化させるといった問題があ
り、対策が望まれている。また、埋立処理は、資源の再
利用という観点からも好ましいことではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、Ｃ
ＦＲＰから炭素繊維を高収率で回収することができ、Ｃ
ＦＲＰの埋立処理を不要とするばかりか、炭素繊維の再
利用を可能にする方法を提供するにある。
ＦＲＰから炭素繊維を高収率で回収することができ、Ｃ
ＦＲＰの埋立処理を不要とするばかりか、炭素繊維の再
利用を可能にする方法を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために、ＣＦＲＰを、酸素濃度が３〜１８体積
％の範囲内で、温度が３００〜６００℃の範囲内のガス
雰囲気下で燃焼させないで処理し、プラスチックを熱分
解することを特徴とする、炭素繊維強化プラスチックの
処理方法を提供する。なお、ＣＦＲＰとは、一般的に
は、マトリクスがエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂であるものをい
うが、この発明においては、ナイロン樹脂、ポリエステ
ル樹脂などの熱可塑性樹脂をマトリクスとするものも含
めるものとする。また、炭素繊維には黒鉛繊維をも含め
るものとする。そして、ＣＦＲＰには、炭素繊維が、短
繊維や連続繊維の形態で使用されているものや、織物や
マットなどの布帛形態で使用されているものなど、いろ
いろなものがあるが、この発明はどのような形態の炭素
繊維を使用したものにも適用できる。
達成するために、ＣＦＲＰを、酸素濃度が３〜１８体積
％の範囲内で、温度が３００〜６００℃の範囲内のガス
雰囲気下で燃焼させないで処理し、プラスチックを熱分
解することを特徴とする、炭素繊維強化プラスチックの
処理方法を提供する。なお、ＣＦＲＰとは、一般的に
は、マトリクスがエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂であるものをい
うが、この発明においては、ナイロン樹脂、ポリエステ
ル樹脂などの熱可塑性樹脂をマトリクスとするものも含
めるものとする。また、炭素繊維には黒鉛繊維をも含め
るものとする。そして、ＣＦＲＰには、炭素繊維が、短
繊維や連続繊維の形態で使用されているものや、織物や
マットなどの布帛形態で使用されているものなど、いろ
いろなものがあるが、この発明はどのような形態の炭素
繊維を使用したものにも適用できる。
【０００６】さて、この発明においては、ＣＦＲＰを、
酸素濃度が３〜１８体積％の範囲内で、かつ、温度が３
００〜６００℃の範囲内のガス雰囲気下で燃焼させない
で処理する。
酸素濃度が３〜１８体積％の範囲内で、かつ、温度が３
００〜６００℃の範囲内のガス雰囲気下で燃焼させない
で処理する。
【０００７】処理は、各種の加熱炉を使用して、連続的
に、またはバッチとして行うことができる。この処理に
おいては、ＣＦＲＰを一様に加熱するのが好ましい。そ
のために、大きなＣＦＲＰはあらかじめ破砕しておくの
がよい。たとえば、３〜５０cmほどの大きさに破砕して
おくと、雰囲気ガスとの良好な接触が保たれ、昇温速度
や処理速度の差が小さくなって効率的な処理を行うこと
ができるようになる。なお、効率的な処理を行うため
に、加熱炉の種類などによっては、ＣＦＲＰを金網など
の多孔体の上に載せ、その目を貫通する方向に雰囲気ガ
スを流通させるようにするのが好ましい。
に、またはバッチとして行うことができる。この処理に
おいては、ＣＦＲＰを一様に加熱するのが好ましい。そ
のために、大きなＣＦＲＰはあらかじめ破砕しておくの
がよい。たとえば、３〜５０cmほどの大きさに破砕して
おくと、雰囲気ガスとの良好な接触が保たれ、昇温速度
や処理速度の差が小さくなって効率的な処理を行うこと
ができるようになる。なお、効率的な処理を行うため
に、加熱炉の種類などによっては、ＣＦＲＰを金網など
の多孔体の上に載せ、その目を貫通する方向に雰囲気ガ
スを流通させるようにするのが好ましい。
【０００８】さて、この発明において重要なことは、処
理に際して、ＣＦＲＰが、炎を発して急激に酸化しない
ようにすること、すなわち、燃焼しないようにすること
である。燃焼は、同時に発熱を伴うので、ＣＦＲＰは、
通常、１０００℃以上もの高温になる。しかも、燃焼し
ているＣＦＲＰの各部の温度に大きな差ができ、炎の温
度も部位によって数百℃の温度差があるのでその炎に触
れて燃焼が伝播するＣＦＲＰにもまた、部位によって大
きな温度差ができる。そのため、処理温度の制御ができ
なくなり、また、炭素繊維が酸化して回収率が低下する
ばかりか、回収できても特性の低下が大きく、再利用が
困難になる。また、炭素繊維の単位重量当りの回収コス
トも上昇する。そのような理由で、この発明において
は、ＣＦＲＰを燃焼させないでプラスチックのみを選択
的に熱分解する。この熱分解によって、プラスチック
は、ＣＯ、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏなどのガスになる。
理に際して、ＣＦＲＰが、炎を発して急激に酸化しない
ようにすること、すなわち、燃焼しないようにすること
である。燃焼は、同時に発熱を伴うので、ＣＦＲＰは、
通常、１０００℃以上もの高温になる。しかも、燃焼し
ているＣＦＲＰの各部の温度に大きな差ができ、炎の温
度も部位によって数百℃の温度差があるのでその炎に触
れて燃焼が伝播するＣＦＲＰにもまた、部位によって大
きな温度差ができる。そのため、処理温度の制御ができ
なくなり、また、炭素繊維が酸化して回収率が低下する
ばかりか、回収できても特性の低下が大きく、再利用が
困難になる。また、炭素繊維の単位重量当りの回収コス
トも上昇する。そのような理由で、この発明において
は、ＣＦＲＰを燃焼させないでプラスチックのみを選択
的に熱分解する。この熱分解によって、プラスチック
は、ＣＯ、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏなどのガスになる。
【０００９】このように、燃焼を起こさせないでプラス
チックのみを選択的に熱分解し、炭素繊維を回収するた
めに、この発明においては、雰囲気ガス中の酸素濃度を
３〜１８体積％の範囲に制御する。酸素濃度が３体積％
未満であるときは、燃焼は起こらないものの熱分解の速
度が遅くなって処理に時間がかかり、処理コストが上昇
する。また、１８体積％を超えると、燃焼を引き起こし
たり、熱分解によって発生したガスに引火して爆発する
ことがある。なお、雰囲気ガスとしては、上述した範囲
の酸素を含む窒素ガスなどを使用するが、熱分解の進行
に伴って発生するガスによって酸素濃度が下がってくる
ので、酸素濃度を絶えず制御する。
チックのみを選択的に熱分解し、炭素繊維を回収するた
めに、この発明においては、雰囲気ガス中の酸素濃度を
３〜１８体積％の範囲に制御する。酸素濃度が３体積％
未満であるときは、燃焼は起こらないものの熱分解の速
度が遅くなって処理に時間がかかり、処理コストが上昇
する。また、１８体積％を超えると、燃焼を引き起こし
たり、熱分解によって発生したガスに引火して爆発する
ことがある。なお、雰囲気ガスとしては、上述した範囲
の酸素を含む窒素ガスなどを使用するが、熱分解の進行
に伴って発生するガスによって酸素濃度が下がってくる
ので、酸素濃度を絶えず制御する。
【００１０】また、処理温度は、３００〜６００℃の範
囲に設定する。３００℃未満でも熱分解は起こるが、速
度が遅く、処理に時間がかかるので実用的でない。ま
た、６００℃を超えると、熱分解が急激に起こり、プラ
スチックが残存したり、逆に、炭素繊維の酸化が進んだ
りする。
囲に設定する。３００℃未満でも熱分解は起こるが、速
度が遅く、処理に時間がかかるので実用的でない。ま
た、６００℃を超えると、熱分解が急激に起こり、プラ
スチックが残存したり、逆に、炭素繊維の酸化が進んだ
りする。
【００１１】処理に要する時間は、短すぎるとプラスチ
ックが残存する。また、長すぎると炭素繊維の酸化が進
み、回収率が低下するばかりか、炭素繊維の劣化を招
く。また、処理コストが上昇する。したがって、あらか
じめ実験で時間に対する炭素繊維の重量減少曲線を求め
ておき、プラスチックの重量に相当する減量が起こった
時点で処理を終了するようにするのがよい。
ックが残存する。また、長すぎると炭素繊維の酸化が進
み、回収率が低下するばかりか、炭素繊維の劣化を招
く。また、処理コストが上昇する。したがって、あらか
じめ実験で時間に対する炭素繊維の重量減少曲線を求め
ておき、プラスチックの重量に相当する減量が起こった
時点で処理を終了するようにするのがよい。
【００１２】上述した処理においては、ＣＦＲＰの温度
は、外側から徐々に上がり、やがて全体が雰囲気温度に
達する。この過程で、自燃性を有するプラスチックは、
外側のみならず内側からも熱分解する。一方、炭素繊維
はプラスチックに埋没されているので、プラスチックの
熱分解が終わらない間は周囲がプラスチックで覆われて
いることになり、酸化を免れる。したがって、プラスチ
ックの熱分解が終了した時点で処理を打ち切れば、すな
わち降温すれば、炭素繊維を酸化から保護することがで
きる。回収率が、７０％以上、好ましくは８０％以上に
なるようにするのがよい。なお、プラスチックの種類に
よって熱分解の挙動が異なるので、処理は、同じ種類の
ＣＦＲＰか、熱分解の挙動が似ているプラスチックを使
用したＣＦＲＰについて行うのが好ましい。
は、外側から徐々に上がり、やがて全体が雰囲気温度に
達する。この過程で、自燃性を有するプラスチックは、
外側のみならず内側からも熱分解する。一方、炭素繊維
はプラスチックに埋没されているので、プラスチックの
熱分解が終わらない間は周囲がプラスチックで覆われて
いることになり、酸化を免れる。したがって、プラスチ
ックの熱分解が終了した時点で処理を打ち切れば、すな
わち降温すれば、炭素繊維を酸化から保護することがで
きる。回収率が、７０％以上、好ましくは８０％以上に
なるようにするのがよい。なお、プラスチックの種類に
よって熱分解の挙動が異なるので、処理は、同じ種類の
ＣＦＲＰか、熱分解の挙動が似ているプラスチックを使
用したＣＦＲＰについて行うのが好ましい。
【００１３】
実施例１ 東レ株式会社製ポリアクリロニトリル系炭素繊維“トレ
カ”Ｔ３００−３Ｋ（平均単糸径：７μｍ、単糸数３，
０００本）からなる平織物（織密度：経方向、緯方向と
もに４本／cm）とエポキシ樹脂とからなる、炭素繊維の
割合が６３重量％のＣＦＲＰを処理した。
カ”Ｔ３００−３Ｋ（平均単糸径：７μｍ、単糸数３，
０００本）からなる平織物（織密度：経方向、緯方向と
もに４本／cm）とエポキシ樹脂とからなる、炭素繊維の
割合が６３重量％のＣＦＲＰを処理した。
【００１４】ＣＦＲＰは、厚さ２．５mmの板状のもの
を、大きさが５〜１５cm、重量平均で８．５cmになるよ
うに破砕し、その６１６ｇ（炭素繊維の量：６１６ｇ×
０．６３＝３８８ｇ）を２０メッシュの金網上に載せて
電気炉に入れた。炉内には、酸素濃度が１１％の窒素ガ
スを送り込むとともに、発生したガスとともに排気する
ようにした。
を、大きさが５〜１５cm、重量平均で８．５cmになるよ
うに破砕し、その６１６ｇ（炭素繊維の量：６１６ｇ×
０．６３＝３８８ｇ）を２０メッシュの金網上に載せて
電気炉に入れた。炉内には、酸素濃度が１１％の窒素ガ
スを送り込むとともに、発生したガスとともに排気する
ようにした。
【００１５】炉内を６００℃に昇温し、３０分処理し
た。このとき、炉内の酸素濃度を測定したところ、１
０．２体積％であった。３０分経過後、ＣＦＲＰ中のプ
ラスチックは熱分解してなくなっており、３８０ｇの炭
素繊維のみが残され、炭素繊維の回収率は９８％であっ
た。
た。このとき、炉内の酸素濃度を測定したところ、１
０．２体積％であった。３０分経過後、ＣＦＲＰ中のプ
ラスチックは熱分解してなくなっており、３８０ｇの炭
素繊維のみが残され、炭素繊維の回収率は９８％であっ
た。
【００１６】実施例２ 実施例１において、炉内温度を４００℃、処理時間を２
時間としたところ、回収率は９７．５％であった。
時間としたところ、回収率は９７．５％であった。
【００１７】実施例３ 実施例１において、炉内温度を６００℃、処理時間を１
時間としたところ、回収率は７９％であった。
時間としたところ、回収率は７９％であった。
【００１８】
比較例１ 実施例１において、炉内に空気を送り込んで処理したと
ころ、加熱開始から２分後にＣＦＲＰが燃え上がり、燃
焼が１５分ほど続き、自然消火した。残存した炭素繊維
の重量を測定したところ、２１３ｇであり、酸化、減量
が進んでいて回収率は５５％にとどまった。
ころ、加熱開始から２分後にＣＦＲＰが燃え上がり、燃
焼が１５分ほど続き、自然消火した。残存した炭素繊維
の重量を測定したところ、２１３ｇであり、酸化、減量
が進んでいて回収率は５５％にとどまった。
【００１９】比較例２ 実施例１において、炉内温度を３００℃とし、６時間処
理したが、処理はほとんど進まず、処理前とほとんど変
わらない、６１０ｇのＣＦＲＰが残存した。
理したが、処理はほとんど進まず、処理前とほとんど変
わらない、６１０ｇのＣＦＲＰが残存した。
【００２０】比較例３ 実施例１において、炉内温度を７００℃とし、処理時間
を４０分としたところ、回収率は６３％であった。処理
温度が高いため、炭素繊維の酸化、減量が進んだためで
ある。
を４０分としたところ、回収率は６３％であった。処理
温度が高いため、炭素繊維の酸化、減量が進んだためで
ある。
【００２１】
【発明の効果】この発明は、ＣＦＲＰを、酸素濃度が３
〜１８体積％の範囲内で、温度が３００〜６００℃の範
囲内のガス雰囲気下で燃焼させないで処理し、プラスチ
ックを熱分解するので、実施例と比較例との対比からも
明らかなように、ＣＦＲＰから炭素繊維を高収率で回収
することができるようになり、ＣＦＲＰの埋立処理を不
要とするばかりか、炭素繊維の再利用が可能になる。
〜１８体積％の範囲内で、温度が３００〜６００℃の範
囲内のガス雰囲気下で燃焼させないで処理し、プラスチ
ックを熱分解するので、実施例と比較例との対比からも
明らかなように、ＣＦＲＰから炭素繊維を高収率で回収
することができるようになり、ＣＦＲＰの埋立処理を不
要とするばかりか、炭素繊維の再利用が可能になる。
Claims (3)
- 【請求項１】炭素繊維強化プラスチックを、酸素濃度が
３〜１８体積％の範囲内で、温度が３００〜６００℃の
範囲内のガス雰囲気下で燃焼させないで処理し、プラス
チックを熱分解することを特徴とする、炭素繊維強化プ
ラスチックの処理方法。 - 【請求項２】破砕した炭素繊維強化プラスチックを、酸
素濃度が３〜１８体積％の範囲内で、温度が３００〜６
００℃の範囲内のガス雰囲気下で燃焼させないで処理
し、プラスチックを熱分解して炭素繊維を回収すること
を特徴とする、炭素繊維強化プラスチックの処理方法。 - 【請求項３】炭素繊維強化プラスチックを、酸素濃度が
３〜１８体積％の範囲内で、温度が３００〜６００℃の
範囲内のガス雰囲気下で燃焼させないで処理し、プラス
チックを熱分解して炭素繊維を回収することを特徴とす
る、炭素繊維強化プラスチックから炭素繊維を回収する
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25144592A JP3180463B2 (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | 炭素繊維強化プラスチックの処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25144592A JP3180463B2 (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | 炭素繊維強化プラスチックの処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0699160A JPH0699160A (ja) | 1994-04-12 |
| JP3180463B2 true JP3180463B2 (ja) | 2001-06-25 |
Family
ID=17222939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25144592A Expired - Lifetime JP3180463B2 (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | 炭素繊維強化プラスチックの処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3180463B2 (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 (24)
| 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 |
| DE19514543C1 (de) * | 1995-04-20 | 1996-03-07 | Daimler Benz Ag | Verfahren zum Rückgewinnen und Verwerten von Verschnittabfällen von faserverstärkten Prepregbahnen |
| JPH09194614A (ja) | 1996-01-25 | 1997-07-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | プラスチック成形体、およびプラスチック成形体の処理方法 |
| 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 |
| AU2695300A (en) | 1999-03-03 | 2000-09-21 | Toyoda Techno Co., Ltd. | Waste treating method |
| JP2002179476A (ja) | 2000-12-08 | 2002-06-26 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 耐凍害性軽量断熱建材 |
| GB0800940D0 (en) | 2008-01-18 | 2008-02-27 | Milled Carbon Ltd | Recycling carbon fibre |
| DE102008062350C5 (de) * | 2008-12-15 | 2016-03-31 | Carbo Tex Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Rückgewinnen von Kohlenstofffasern und/oder Aktivkohlepartikeln |
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| JP5891082B2 (ja) * | 2012-03-26 | 2016-03-22 | 学校法人同志社 | 炭素繊維の回収方法 |
| JP6044946B2 (ja) * | 2012-05-31 | 2016-12-14 | 独立行政法人国立高等専門学校機構 | 炭素繊維複合材料からの炭素繊維の回収方法 |
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