JP3283967B2 - 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 - Google Patents

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

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Description

【発明の詳細な説明】
【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)の炭化物を酸化分解す
る炭素繊維強化プラスチックの処理方法、CFRPから
炭素繊維を回収する方法およびCFRPから再生炭素繊
維を製造する方法に関する。以下の説明において、CF
RPは、被強化樹脂の種類、炭素繊維の形態および種類
(例えば黒鉛繊維)を問わず、炭素繊維とプラスチック
とが混在しているCFRPの中間製品(例えばプリプレ
グ)なども含む意味である。また、CFRPが単独でな
くとも、例えば、他のプラスチックや金属部品と結合し
ている場合にも利用することができる。
【0002】
【従来の技術】CFRPは、極めて高強度、高弾性率を
有する軽い繊維強化プラスチックであって、航空・宇宙
などの産業用、医療用、スポーツ用などの分野で広く利
用されている。ところで、CFRPに使用されている炭
素繊維は、優れた特性を有し、その需要量も年々増大し
ているが、製造には多量のエネルギーと原材料を必要と
する高価なプラスチック補強材である。炭素繊維の製造
工程で発生する炭素繊維の半端物などは、物性上の品質
に異常がなければ、例えば、チョップにして熱可塑性樹
脂に混練、ペレット化して利用することができる。
【0003】ところが、炭素繊維とプラスチックとから
CFRPを製造し、加工する工程で発生するCFRPの
製品屑や試作品の処理は簡単ではない。CFRPでは、
炭素繊維がプラスチックと混在しているので、炭素繊維
の回収はもちろん、たんに焼却処理するにしても、プラ
スチックは容易に燃焼するが、炭素繊維はほとんど燃焼
せず、再利用できない状態で残る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、CFRPか
ら、プラスチック成分を除去することによって、CFR
Pを上手に処理し、CFRP中の炭素繊維を回収し、あ
るいは、再生炭素繊維を製造する方法を目的に研究の結
果、完成したものである。
【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、炭素繊維強化プラスチックを乾留して
プラスチックを炭化物となした後、酸素濃度が0.1〜
25体積%の範囲内で、かつ、温度が300〜1000
℃の範囲内で燃焼させないで加熱し、炭化物を酸化分解
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。
【0006】また、炭素繊維強化プラスチックを乾留し
てプラスチックを炭化物となした後、酸素濃度が0.1
〜25体積%の範囲内で、かつ、温度が300〜100
0℃の範囲内で燃焼させないで加熱し、炭化物を酸化分
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を提供する。
【0007】さらに、炭素繊維強化プラスチックを乾留
してプラスチックを炭化物となした後、酸素濃度が0.
1〜25体積%の範囲内で、かつ、温度が300〜10
00℃の範囲内で燃焼させないで加熱し、炭化物を酸化
分解して炭素繊維を得ることを特徴とする、再生炭素繊
維の製造方法を提供する。
【0008】
【実施態様例および作用】本発明は、CFRPを乾留
し、含有されている炭素繊維を損傷することなくプラス
チック成分を炭化物に分解する第1の工程と、第1の工
程で得られた炭素繊維と前記の炭化物とを含む固形物
を、酸素濃度が0.1〜25体積%の範囲内で、かつ、
温度が300〜1000℃の範囲内で燃焼させないで加
熱して前記の炭化物を酸化分解する第2の工程との2工
程からなる、CFRPの処理方法およびCFRPから再
生炭素繊維を製造する方法である。
【0009】さて、本発明者は、CFRPを処理してプ
ラスチック成分を除去し、CFRPから炭素繊維を回収
し、およびCFRPから再生炭素繊維を製造する方法を
研究の結果、CFRP中の炭素繊維に与える損傷や物性
の低下を最小限にして、CFRPからプラスチックを除
去するには、それらの工程において、CFRPを燃焼さ
せないようにする必要があることを見出だした。燃焼す
ると、急激に酸化が進み、同時に発熱も伴うのでCFR
Pは通常1000℃以上の高温になる。その際に燃焼物
の部位による温度差が数百度になり、処理温度の制御が
できずCFRP中の炭素繊維も酸化分解してしまい、プ
ラスチック成分を分解させる本発明の目的を達成できな
い。
【0010】本発明では、まず、第1の工程でCFRP
を乾留し、含まれるプラスチック成分を炭化する。通常
は、300〜1000℃で乾留するとよい。プラスチッ
ク成分は、熱分解され、CO2 、CO、CH4 などや、
油状のベンゼン、トルエン、スチレンなどの分解物を排
出し、分解残渣の炭化物が残される。加熱温度が300
℃よりも低いと熱分解は起こるが、速度が遅く、処理に
時間がかかるので実用的でない。また、1000℃を超
えると、熱分解が急激に起こり、プラスチックが残存す
ることがあって好ましくない。実際の操作において第1
工程が終了した時点の判定は、プラスチックの種類にも
よるが、一般的には、プラスチック成分が80〜95重
量%減少した時点を目途にするとよい。なお、CFRP
中の炭素繊維は、実質的に酸素のない乾留雰囲気下では
ほとんど分解しないで、プラスチック成分の分解残渣と
ともに固形物として残される。
【0011】次に第2の工程では、第1の工程で得られ
た固形物を、酸素濃度が0.1〜25体積%の雰囲気
下、温度300〜1000℃の範囲内で、固形物を燃焼
させないで徐々に加熱し、固形物中のプラスチックの分
解残渣を酸化分解する。加熱温度が300よりも低いと
酸化速度が遅く、処理に時間がかかるので実用的でな
い。また、1000℃を超えると炭素繊維が酸化されて
好ましくない。第2工程は、第1工程で残されたプラス
チック成分を分解させる。プラスチックの分解残渣は比
較的酸化されやすいが、分解残渣中に埋没している炭素
繊維は残される。雰囲気中の酸素濃度が0.1体積%未
満であると、酸化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、25体積%を超
えると、燃焼を引き起こしたり、炭素繊維が酸化分解す
ることがあるので適当でない。なお、雰囲気ガスには、
前記の量の酸素を含む窒素ガスなどを使用するが、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。
【0012】第1工程および第2工程は、各種の加熱炉
を使用し、連続的または回分的に遂行することができ
る。CFRPは、分解がむらなく進行するように均一に
加熱し、雰囲気ガスに接触させることが好ましい。とく
に肉厚のCFRPでは、急激な酸化反応に対する処理温
度の制御が困難で、部位によって大きな温度差ができ易
く、CFRP中の炭素繊維の損耗が大きい。従って、大
きなCFRPはあらかじめ破砕しておくのがよい。破砕
できない場合には、通常、肉厚の処理物を対象に処理時
間を設定する。薄肉の処理物にとって、処理時間が過剰
になっても、第1工程では処理時間が炭素繊維の品質や
損耗に及ぼす影響は小さく、第2工程においても多くの
炭素繊維はプラスチックの炭化物に埋没されているの
で、処理時間による炭素繊維への影響は、比較的小さ
い。また、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。第1工
程および第2工程の終点は、あらかじめ、実験で時間に
対する被処理物の重量減少度を求めておき、その時間を
基準にするのがよい。一般的には、炭素繊維の回収率
が、70%以上、好ましくは80%以上になるように処
理条件を設定するとよい。
【0013】
【実施例】
実施例1 外径8cm、内径3mmのパイプ、直径3cmの棒、肉
厚2.5mmの板状物などの形状で混在するCFRPを
本発明を用いて処理した。このCFRPは、いずれもエ
ポキシ樹脂に、63重量%の炭素繊維(強度360kg
f/mm2 、平均単糸径:7μm、単糸数3,000
本:トレカ T300−3K:東レ(株)製)を含有さ
せて強化したものであった。これを大きさ3〜10c
m、厚さ0.2〜3cm程度に破砕した。この破砕片6
26gを20メッシュの金網の上に載せて、ガスおよび
油分の排出口を除いて密閉された電気炉に入れ、炉内を
550℃に昇温した。そのまま2時間保持した後、処理
物を電気炉から取り出して点検したところ、CFRPは
原形をとどめていたが、プラスチック分は内部まで炭化
していた。重量を測定したところ、432gであった。
さらに、このものを20メッシュの金網にのせて酸素濃
度が13体積%の窒素ガスを送入している電気炉に入
れ、500℃で30分間処理した。処理中の炉内の酸素
濃度を測定したが、12.1体積%であった。30分経
過後、炉外に取出した残分は、炭素繊維のみであって、
重量は384gであっった。すなわち炭素繊維の回収率
は97.5%に達し、その強度を測定したところ、34
0kgf/mm2 であった。
【0014】比較例1 実施例1に用いたのと同様の破砕したCFRPを処理し
た。このCFRPを20メッシュの金網にのせて酸素濃
度が13体積%の窒素ガスを送入している電気炉に入
れ、500℃で30分間処理した。処理物を取出したと
ころ、厚さの薄いCFRPのプラスチック成分は熱分解
して炭素繊維が残っていたが、厚さが約2cm以上のC
FRPでは、熱分解が終了していなかった。そこで、処
理物をすべて炉内に戻し、同じ条件でさらに60分加熱
した。残分は炭素繊維であって、炭素繊維の回収率は5
8%であった。回収炭素繊維の強度を測定したところ、
324kgf/mm2 であった。
【0015】
【発明の効果】この発明を利用すれば、CFRP中から
有用な炭素繊維を回収し、再生炭素繊維として利用する
ことができる。本発明のCFRPの処理方法では、CF
RPを300〜1000℃で乾留するので、炭素繊維の
特性を劣化させることなく、プラスチック成分を炭化物
に分解できる。さらに、本発明の実施例と比較例との対
比からも明らかなように、規制された好適な温度と酸素
濃度条件下で形状、肉厚の異なるCFRPを同時に処理
しても、炭素繊維を高収率で回収することができる。従
って、CFRPの製造および加工工程で発生する屑、品
質評価試料、CFRPの試作品などの種々雑多なCFR
Pから、品質の劣化の少ない炭素繊維を高収率で回収で
きる。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。この他、CFRPの廃棄にまつわる
問題が解消される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 久郎 兵庫県芦屋市宮川町9番8号 (72)発明者 辰巳 雅之 大阪府高槻市藤の里町11番16号 (56)参考文献 特開 平6−298993(JP,A) 特開 平6−99160(JP,A) 特開 平5−185431(JP,A) 特開 平5−185056(JP,A) 特開 平4−323009(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 11/12 B09B 3/00 302 - 303

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素繊維強化プラスチックを乾留してプラ
    スチックを炭化物となした後、酸素濃度が0.1〜25
    体積%の範囲内で、かつ、温度が300〜1000℃の
    範囲内で燃焼させないで加熱し、炭化物を酸化分解する
    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。
  2. 【請求項2】炭素繊維強化プラスチックを乾留してプラ
    スチックを炭化物となした後、酸素濃度が0.1〜25
    体積%の範囲内で、かつ、温度が300〜1000℃の
    範囲内で燃焼させないで加熱し、炭化物を酸化分解して
    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。
  3. 【請求項3】炭素繊維強化プラスチックを乾留してプラ
    スチックを炭化物となした後、酸素濃度が0.1〜25
    体積%の範囲内で、かつ、温度が300〜1000℃の
    範囲内で燃焼させないで加熱し、炭化物を酸化分解して
    炭素繊維を得ることを特徴とする、再生炭素繊維の製造
    方法。
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