JP5941747B2 - Method for producing regenerated carbon fiber and apparatus for producing regenerated carbon fiber - Google Patents

Method for producing regenerated carbon fiber and apparatus for producing regenerated carbon fiber Download PDF

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Description

本発明は、炭素繊維の再生処理方法に関するものであり、特に炭素繊維強化プラスチックを高温で加熱し、マトリックス成分を除去することで不織布等の原料として再利用可能な再生炭素繊維を生成するための炭素繊維の再生処理方法に関するものである。   The present invention relates to a carbon fiber regeneration treatment method, and in particular, for producing a regenerated carbon fiber that can be reused as a raw material for a nonwoven fabric or the like by heating a carbon fiber reinforced plastic at a high temperature and removing a matrix component. The present invention relates to a carbon fiber regeneration treatment method.

高強度及び高弾性率等の優れた力学的特性を備える材料として炭素繊維が知られ、これをフィラー成分として使用し、エポキシ樹脂やポリエステル樹脂等をマトリックス成分とした炭素繊維強化プラスチック(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastic)が製造され、航空・宇宙産業等を始めとする各種産業分野において広く用いられている。   Carbon fiber is known as a material having excellent mechanical properties such as high strength and high elastic modulus, and is used as a filler component, and a carbon fiber reinforced plastic (CFRP: Carbon) using an epoxy resin or a polyester resin as a matrix component. Fiber Reinforced Plastic) is manufactured and widely used in various industrial fields including the aerospace industry.

炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維にマトリックス成分の樹脂を浸透させたプリプレグを生成し、これをオートクレーブ内で加圧しながら焼成することにより主に製造されている。この炭素繊維強化プラスチックの製造工程では、製品以外に多くの端材が発生している。特に、航空機の機体等の製品自体が大きなサイズの場合、上記端材が大量に発生し、その処分が問題となることがあった。炭素繊維強化プラスチックは、前述のように異なる性状のフィラー成分及びマトリックス成分が混在したものであり、これらをそれぞれ分離して再利用(リサイクル)若しくは再使用(リユース)することは技術的な困難性が高く、かつコストやエネルギー効率の点から有効でないことがあった。その結果、現状では製造時に発生した端材及び未使用のプリプレグの大部分が、埋立てや焼却等によって処分されることが多かった。さらに、製品としての機能を終えた後に回収された炭素繊維強化プラスチックも同様に埋立て等によって処分されていた。   Carbon fiber reinforced plastics are mainly manufactured by producing a prepreg in which a resin of a matrix component is infiltrated into carbon fibers and firing the prepreg while pressing in an autoclave. In the manufacturing process of this carbon fiber reinforced plastic, many end materials are generated in addition to the product. In particular, when the product itself such as an aircraft body has a large size, a large amount of the above-mentioned scrap material is generated, and the disposal thereof may be a problem. Carbon fiber reinforced plastic is a mixture of filler and matrix components with different properties as described above, and it is technically difficult to separate them for reuse (recycling) or reuse (reuse). And is not effective in terms of cost and energy efficiency. As a result, at present, most of the offcuts and unused prepreg generated during production are often disposed of by landfill or incineration. Furthermore, the carbon fiber reinforced plastic collected after the function as a product was also disposed of by landfill or the like.

そこで、本願発明の発明者等によって、炭素繊維強化プラスチックからマトリックス成分のみを熱分解によって加熱除去し、炭素繊維を力学的特性を低下させることなく選択的に回収する炭素繊維の再生処理装置及び再生処理方法(特許文献1及び特許文献2参照)に関する技術が既に開発されている。これによると、耐火性素材によって細長トンネル形状の再生処理空間が構築された再生処理部の中にメッシュ状のベルトコンベアを配設し、係るベルトコンベアを利用して炭素繊維強化プラスチックを再生処理空間に連続的に供給するとともに、再生処理空間内の加熱領域で炭素繊維強化プラスチックを加熱することにより、エポキシ樹脂等のマトリックス成分のみを熱分解によってガス化し、炭素繊維(再生炭素繊維)を長繊維状の状態で回収することが可能となる。その結果、大量の炭素繊維強化プラスチックを効率的に熱分解することができ、再生炭素繊維を生成することができる。 Therefore, by the inventors of the present invention, the carbon fiber regeneration processing apparatus and the regeneration for selectively recovering the carbon fiber without degrading the mechanical properties by thermally removing only the matrix component from the carbon fiber reinforced plastic by thermal decomposition. Techniques relating to processing methods (see Patent Document 1 and Patent Document 2) have already been developed. According to this, a mesh-shaped belt conveyor is disposed in a regeneration processing section in which a slender tunnel-shaped regeneration processing space is constructed of a fireproof material, and the carbon fiber reinforced plastic is recycled using the belt conveyor. in addition to continuously supply, by heating the carbon fiber reinforced plastic in the heating region of the regeneration process in the space, only the matrix component such as e epoxy resin gasified by pyrolysis, the long carbon fibers (recycled carbon fiber) It can be recovered in a fibrous state. As a result, a large amount of carbon fiber reinforced plastic can be efficiently pyrolyzed, and regenerated carbon fiber can be produced.

しかしながら、上記の炭素繊維の再生処理装置及び再生処理方法は、下記に掲げる点において問題となる場合があった。すなわち、回収された炭素繊維強化プラスチックの端材等は、製品の使用部位等によって種々の形状をしていた。そのため、形状の差異により熱分解の際の熱の伝達に違いが生じ、加熱条件にバラツキが生じることがあった。その結果、連続炉を有する再生処理装置を用いて炭素繊維強化プラスチックから再生炭素繊維を生成する場合、上記熱的特性の違いにより、一部が再生処理空間で過熱状態となり燃焼したり、或いは熱が十分に伝達されずマトリックス成分の一部が残る等の不具合を生じ、得られた再生炭素繊維の性状及び品質に偏りが生じることがあった。特に、炭素繊維強化プラスチックの充填密度(嵩密度)の違いによる再生処理空間との接触面積の大きさにより、熱の伝達に違いが生じ、上述の不具合が発生しやすかった。   However, the above-described carbon fiber regeneration treatment apparatus and regeneration treatment method may cause problems in the following points. That is, the collected carbon fiber reinforced plastic mill ends have various shapes depending on the use site of the product. Therefore, a difference in shape causes a difference in heat transfer during pyrolysis, which may cause variations in heating conditions. As a result, when regenerated carbon fiber is produced from carbon fiber reinforced plastic using a regenerative processing apparatus having a continuous furnace, a part of the regenerated processing space becomes overheated and burns due to the difference in thermal characteristics. May not be sufficiently transmitted and some of the matrix components remain, resulting in unevenness in properties and quality of the obtained recycled carbon fiber. In particular, due to the size of the contact area with the regeneration processing space due to the difference in the packing density (bulk density) of the carbon fiber reinforced plastic, a difference in heat transfer occurs, and the above-described problems are likely to occur.

加えて、従来の炭素繊維の再生処理方法の場合、炭素繊維強化プラスチック中に含まれるマトリックス成分を熱分解によって完全に除去し、マトリックス成分の残存率が0%の状態の再生炭素繊維を生成することを目的としていた。再生処理空間の加熱領域では、必要以上の加熱温度及び/または加熱時間で炭素繊維強化プラスチックを処理するため、回収された再生炭素繊維の力学的特性が低下するおそれがあった。その結果、再使用及び再利用する際の用途が限定されることがあった。また、マトリックス成分が完全に除去された再生炭素繊維は、綿毛のような態様を示し、かつ密度も小さいため、僅かな風によっても容易に飛散する可能性があった。そのため、再生処理装置を用いて再生炭素繊維を生成する場合、再生処理空間の加熱領域及び冷却領域で飛散しないように慎重な取り扱いが必要となった。また、回収後に再使用等をする場合であっても再生炭素繊維の取り扱い性(ハンドリング性)が問題となることがあった。   In addition, in the case of the conventional carbon fiber regeneration treatment method, the matrix component contained in the carbon fiber reinforced plastic is completely removed by pyrolysis, and a regenerated carbon fiber in which the residual ratio of the matrix component is 0% is generated. Was intended to be. In the heating region of the regeneration processing space, the carbon fiber reinforced plastic is processed at a heating temperature and / or heating time that is more than necessary, so that the mechanical properties of the recovered recycled carbon fiber may be deteriorated. As a result, the use at the time of reuse and reuse may be limited. In addition, the regenerated carbon fiber from which the matrix component has been completely removed has a fluff-like aspect and has a small density, and thus may be easily scattered even by a slight wind. Therefore, when producing | generating regenerated carbon fiber using a regeneration processing apparatus, careful handling was needed so that it might not scatter in the heating area | region and cooling area | region of regeneration processing space. In addition, even when reused after collection, the handleability (handling property) of the regenerated carbon fiber may be a problem.

そこで、本発明は、上記実情に鑑み、炭素繊維強化プラスチックから再生炭素繊維を安定した加熱条件で効率的に再生炭素繊維を回収可能な炭素繊維の再生処理方法の提供を課題とするものである。   Therefore, in view of the above circumstances, the present invention has an object to provide a carbon fiber regeneration processing method capable of efficiently recovering a regenerated carbon fiber from a carbon fiber reinforced plastic under a stable heating condition. .

上記の課題を解決するため、本発明の再生炭素繊維の製造方法は、「炭素繊維及びマトリックス成分を含有する炭素繊維強化プラスチックを通気性材料で各面が形成された筐体状の加熱ケージの中に予め規定された嵩密度となるように充填する嵩密度充填工程と、耐火性素材によって内部に細長トンネル形状の再生処理空間が構築され、前記再生処理空間に連通する導入口及び排出口がそれぞれ開口した再生処理部に前記炭素繊維強化プラスチックの充填された前記加熱ケージを搬送する加熱ケージ搬送工程と、前記再生処理空間の加熱領域に設けられた加熱除去部によって、搬送される前記加熱ケージ内の前記炭素繊維強化プラスチックを加熱し、前記マトリックス成分を除去して再生炭素繊維を得る加熱除去工程と、前記再生処理空間の前記加熱領域の搬送下流側の冷却領域に設けられた冷却部によって、前記マトリックス成分の加熱除去された再生炭素繊維を搬送しながら冷却する冷却工程と」を主に具備している。 In order to solve the above problems, a method for producing a regenerated carbon fiber according to the present invention is described as follows: “A carbon fiber reinforced plastic containing carbon fiber and a matrix component is used for a case-like heating cage in which each surface is formed of a breathable material. A bulk density filling step for filling the inside so as to have a predetermined bulk density inside, and a slender tunnel-shaped reclaim processing space is constructed inside by a refractory material, and an introduction port and a discharge port communicating with the reclaim processing space are provided. The heating cage transported by the heating cage transporting process of transporting the heating cage filled with the carbon fiber reinforced plastic to the reclaiming processing part opened respectively, and the heating removal unit provided in the heating region of the regeneration processing space heating the carbon fiber reinforced plastic inner and removed by heating to obtain a recycled carbon fibers by removing the matrix components of the regeneration space The cooling unit provided in the cooling zone of the conveyor downstream of the serial heating zones are mainly provided with a "cooling step of cooling while conveying the recycled carbon fiber has been heated removing the matrix component.

ここで、加熱ケージとは、網状(或いは孔状)等の通気性材料によって、各ケージ面が形成された略直方体形状の筐体であり、ケージ内部の充填空間に加熱対象の炭素繊維強化プラスチックを充填可能なものである。加熱ケージが通気性材料によって形成されているため、炭素繊維強化プラスチックに加熱時の熱を効率的に伝達することが可能となり、さらにケージ内部でマトリックス成分が熱分解して発生した分解ガスを加熱ケージの外に速やかに排出する機能を有している。なお、加熱ケージは、ステンレス等の金属材料を用いて構成される。さらに、筐体上部に網状等の通気性材料からなる蓋等を設け、充填完了後に炭素繊維強化プラスチックをケージ内部に閉塞することが可能となる。ここで、本発明における“嵩密度”とは、加熱ケージの充填空間に充填した炭素繊維強化プラスチックの内容積を体積とし、炭素繊維強化プラスチックの重量で割ったものとして定義する。このとき、炭素繊維強化プラスチックの内容積には、炭素繊維強化プラスチック同士の間隙の体積、炭素繊維強化プラスチックの表面の凹凸の空間の体積、及び炭素繊維強化プラスチックと加熱ケージの間隙の体積が含まれている。なお、加熱ケージに充填された炭素繊維強化プラスチックの内容積を正確に求めることは困難であるため、本発明では、加熱ケージのケージ底面の面積にケージ底面からの充填高さを掛けることにより、炭素繊維強化プラスチックの内容積を算出している。すなわち、嵩密度=充填した炭素繊維強化プラスチックの重量/(ケージ底面の底面積×充填高さ)としている。   Here, the heating cage is a substantially rectangular parallelepiped housing in which each cage surface is formed of a breathable material such as a net (or hole), and the carbon fiber reinforced plastic to be heated in the filling space inside the cage. Can be filled. Since the heating cage is made of a breathable material, heat during heating can be efficiently transferred to the carbon fiber reinforced plastic, and further, the decomposition gas generated by the thermal decomposition of the matrix components inside the cage is heated. It has the function of quickly discharging out of the cage. The heating cage is configured using a metal material such as stainless steel. Further, a lid made of a breathable material such as a net is provided on the upper part of the housing, and the carbon fiber reinforced plastic can be closed inside the cage after filling is completed. Here, “bulk density” in the present invention is defined as a volume obtained by dividing the internal volume of the carbon fiber reinforced plastic filled in the filling space of the heating cage by the weight of the carbon fiber reinforced plastic. At this time, the internal volume of the carbon fiber reinforced plastic includes the volume of the gap between the carbon fiber reinforced plastics, the volume of the uneven surface of the carbon fiber reinforced plastic, and the volume of the gap between the carbon fiber reinforced plastic and the heating cage. It is. In addition, since it is difficult to accurately determine the inner volume of the carbon fiber reinforced plastic filled in the heating cage, in the present invention, the area of the bottom surface of the heating cage is multiplied by the filling height from the bottom surface of the cage. The internal volume of the carbon fiber reinforced plastic is calculated. That is, bulk density = weight of filled carbon fiber reinforced plastic / (bottom area of cage bottom surface × filling height).

一方、再生処理部とは、例えば、煉瓦のような耐火性素材を用いて、内部に細長トンネル形状の再生処理空間が構築されたものであり、再生処理空間の加熱領域で炭素繊維強化プラスチックを加熱し、再生炭素繊維を生成することが可能なものである。このとき、再生処理空間への加熱ケージの搬送は、複数のローラを並設した所謂「ローラハースキルン」等の搬送部や、或いはメッシュベルトを回転駆動させるメッシュ搬送部等を採用することが可能である。   On the other hand, the regeneration processing part is a structure in which a slender tunnel-shaped regeneration processing space is constructed inside using a fireproof material such as brick, and carbon fiber reinforced plastic is used in the heating region of the regeneration processing space. It is possible to produce regenerated carbon fiber by heating. At this time, the conveyance of the heating cage to the regeneration processing space can employ a conveyance unit such as a so-called “roller hearth kiln” in which a plurality of rollers are arranged in parallel, or a mesh conveyance unit that rotationally drives the mesh belt. It is.

また、加熱除去部とは、再生処理空間に加熱ケージに充填された状態で搬送された炭素繊維強化プラスチックを加熱し、マトリックス成分を熱分解させるためのものであり、加熱領域に設置された発熱体等によって主に構成されている。ここで、本発明の炭素繊維の再生処理方法において、処理対象となる炭素繊維強化プラスチックは、例えば、フィラー成分としてポリアクリロニトリル系炭素繊維(PAN系炭素繊維)を用い、マトリックス成分としてエポキシ樹脂等を用いたものを想定することができる。この場合、炭素繊維強化プラスチックに占めるマトリックス成分の重量比は、一般に約60重量%程度である。ここで、フィラー成分の炭素繊維の加熱分解温度(例えば、850℃前後)に対し、マトリックス成分のエポキシ樹脂等はそれよりも低い加熱温度(例えば、400℃〜600℃前後)でも熱分解し、ガス化する性質を備えている。そのため、徐々に再生処理空間の加熱領域(例えば、加熱温度=500℃に設定)に到達した炭素繊維強化プラスチックは、その到達の過程で含有するマトリックス成分のみが固体から液化(または気化)し、炭素繊維のみが再生処理部の排出口から排出され、再生炭素繊維として回収することが可能となる。   The heat removal part is for heating the carbon fiber reinforced plastic conveyed in a state where the heating cage is filled in the regeneration processing space and thermally decomposing the matrix component. It is mainly composed by the body. Here, in the carbon fiber regeneration treatment method of the present invention, the carbon fiber reinforced plastic to be treated uses, for example, a polyacrylonitrile-based carbon fiber (PAN-based carbon fiber) as a filler component and an epoxy resin or the like as a matrix component. The one used can be assumed. In this case, the weight ratio of the matrix component in the carbon fiber reinforced plastic is generally about 60% by weight. Here, with respect to the thermal decomposition temperature (for example, about 850 ° C.) of the carbon fiber of the filler component, the epoxy resin of the matrix component is thermally decomposed even at a lower heating temperature (for example, about 400 ° C. to 600 ° C.), It has the property of gasifying. Therefore, in the carbon fiber reinforced plastic that has gradually reached the heating region of the regeneration treatment space (for example, the heating temperature is set to 500 ° C.), only the matrix component contained in the reaching process is liquefied (or vaporized) from the solid, Only the carbon fibers are discharged from the discharge port of the regeneration processing unit, and can be recovered as recycled carbon fibers.

したがって、本発明の再生炭素繊維の製造方法によれば、再生処理空間の加熱領域に導入する炭素繊維強化プラスチックの嵩密度を、規定サイズの加熱ケージに充填することで一定にすることが可能となる。これにより、炭素繊維強化プラスチックの加熱条件を安定させることが可能となり、マトリックス成分の加熱除去を再生処理空間で偏りなく行うことができる。 Therefore, according to the method for producing regenerated carbon fiber of the present invention, the bulk density of the carbon fiber reinforced plastic introduced into the heating region of the regeneration processing space can be made constant by filling a heating cage of a specified size. Become. Thereby, it becomes possible to stabilize the heating conditions of the carbon fiber reinforced plastic, and the matrix component can be removed by heating in the regeneration processing space without unevenness.

さらに、本発明の再生炭素繊維の製造方法は、上記構成に加え、「前記加熱除去工程は、前記炭素繊維強化プラスチックの前記マトリックス成分の一部を加熱によって固定炭素に転換し、前記固定炭素が繊維表面に付着した前記再生炭素繊維を生成する」ものであっても構わない。 Furthermore, the method for producing a regenerated carbon fiber of the present invention includes, in addition to the above-described configuration, “the heating and removing step converts a part of the matrix component of the carbon fiber reinforced plastic into fixed carbon by heating, and the fixed carbon It is also possible to produce the regenerated carbon fiber attached to the fiber surface.

したがって、本発明の再生炭素繊維の製造方法によれば、加熱除去工程によって、炭素繊維のマトリックス成分を繊維表面から完全に除去するものではなく、マトリックス成分の一部を固定炭素に転換することが行われる。ここで、固定炭素とは、マトリックス成分が加熱によりガス化し、二酸化炭素等に分解する際、その一部が灰化し粉体等の態様で残存したものである。この固定炭素が炭素繊維の繊維表面に付着することにより、それぞれの再生炭素繊維同士の絡まり(凝集)の程度が高くなり、束のような塊になりやすい。そのため、風等によっても容易に飛散する可能性が抑えられ、取扱い性が良好となる。なお、固定炭素の残存炭素率が高くなると、再生炭素繊維同士を密着させる一種のバインダとして機能し、塊の程度がより大きくなることもある。 Therefore, according to the method for producing regenerated carbon fiber of the present invention, the matrix component of the carbon fiber is not completely removed from the fiber surface by the heat removal step, but a part of the matrix component can be converted to fixed carbon. Done. Here, the fixed carbon is one in which, when the matrix component is gasified by heating and decomposes into carbon dioxide or the like, a part thereof is ashed and remains in the form of powder or the like. When this fixed carbon adheres to the fiber surface of the carbon fiber, the degree of entanglement (aggregation) between the respective regenerated carbon fibers increases, and it tends to be a lump like a bundle. Therefore, the possibility of being easily scattered by wind or the like is suppressed, and the handleability is improved. In addition, when the residual carbon rate of fixed carbon becomes high, it will function as a kind of binder which adhere | attaches regenerated carbon fiber, and the grade of a lump may become larger.

さらに、本発明の再生炭素繊維の製造方法は、上記構成に加え、「前記加熱除去工程は、前記固定炭素の残存炭素率を前記炭素繊維強化プラスチックに含まれる前記マトリックス成分の当初重量に対して、0.5重量%以上、11.0重量%以下とする前記マトリックス成分の加熱除去を行う」ものであっても構わない。 Furthermore, the method for producing a regenerated carbon fiber of the present invention includes, in addition to the above-described configuration, “the heating and removing step determines the residual carbon ratio of the fixed carbon relative to the initial weight of the matrix component contained in the carbon fiber reinforced plastic . , 0.5% by weight or more and 11.0% by weight or less of the matrix component may be removed by heating ”.

したがって、本発明の炭素繊維の再生処理方法によれば、固定炭素の残存炭素率が0.5重量%以上、11.0重量%以下に調整される。すなわち、0.5重量%よりも固定炭素の残存炭素率が低い場合には、上述した取り扱い性の向上が認められにくく、一方、11.0重量%を超える残存炭素率は、再生炭素繊維の繊維としての特性を損なうこととなり、再使用等に適さなくなる。そのため、0.5重量%以上、11.0重量%以下、さらに好ましくは、1.0重量%以上、5.0重量%以下に調整するものが特に好適である。   Therefore, according to the carbon fiber regeneration treatment method of the present invention, the residual carbon ratio of the fixed carbon is adjusted to 0.5 wt% or more and 11.0 wt% or less. That is, when the residual carbon ratio of the fixed carbon is lower than 0.5% by weight, the above-described improvement in handleability is difficult to be recognized, while the residual carbon ratio exceeding 11.0% by weight is the regenerated carbon fiber. The properties as a fiber will be impaired, making it unsuitable for reuse. Therefore, it is particularly preferable to adjust the content to 0.5 wt% or more and 11.0 wt% or less, more preferably 1.0 wt% or more and 5.0 wt% or less.

さらに、本発明の再生炭素繊維の製造方法は、上記構成に加え、「前記嵩密度充填工程の前に実施され、前記炭素繊維強化プラスチックを予め規定されたサイズに裁断加工する裁断工程」を具備するものであっても構わない。 Furthermore, in addition to the above-described structure, the method for producing a regenerated carbon fiber of the present invention includes a “cutting step that is performed before the bulk density filling step and cuts the carbon fiber reinforced plastic into a predetermined size”. It doesn't matter if you do it.

したがって、本発明の再生炭素繊維の製造方法によれば、予め炭素繊維強化プラスチックを所定の裁断サイズにカットすることで、嵩密度充填工程において、加熱ケージに炭素繊維強化プラスチックを充填する際の嵩密度の調整が行いやすくなる。ここで、嵩密度は特に限定されないものの、例えば、0.02グラム/立方センチメートル〜0.15グラム/立方センチメートルの間に設定するものであってもよい。係る嵩密度の範囲に設定することで、炭素繊維強化プラスチックの間に適度な空隙が形成され、加熱領域における熱の伝搬及び発生した分解ガスの流れも良好なものとなる。これにより、加熱条件が安定し、より効率的にマトリックス成分の熱分解処理が可能となる。なお、炭素繊維強化プラスチックを裁断するための裁断機(破砕機)が使用される。 Therefore, according to the method for producing regenerated carbon fiber of the present invention, by cutting the carbon fiber reinforced plastic into a predetermined cutting size in advance, the bulk at the time of filling the carbon fiber reinforced plastic into the heating cage in the bulk density filling step. It becomes easier to adjust the density. Here, the bulk density is not particularly limited, but may be set, for example, between 0.02 grams / cubic centimeter and 0.15 grams / cubic centimeter. By setting the bulk density in such a range, an appropriate gap is formed between the carbon fiber reinforced plastics, and the heat propagation in the heating region and the flow of the generated decomposition gas are also improved. Thereby, the heating conditions are stabilized, and the thermal decomposition treatment of the matrix component can be performed more efficiently. A cutting machine (crusher) for cutting the carbon fiber reinforced plastic is used.

さらに、本発明の再生炭素繊維の製造方法は、上記構成に加え、「前記嵩密度充填工程の前に実施され、前記炭素繊維強化プラスチックを予め乾留し、前記マトリックス成分を炭化する乾留工程をさらに具備し、前記加熱ケージに炭化済みの前記炭素繊維強化プラスチックが充填される」ものであっても構わない。 Furthermore, the method for producing regenerated carbon fiber according to the present invention includes, in addition to the above-described configuration, “a carbonization step that is carried out before the bulk density filling step, carbonization of the carbon fiber reinforced plastic in advance, and carbonization of the matrix component is further performed. And the heating cage may be filled with the carbonized carbon fiber reinforced plastic ".

したがって、本発明の再生炭素繊維の製造方法によれば、加熱ケージに充填される炭素繊維強化プラスチックを予め乾留処理したものが使用される。ここで、乾留工程とは、例えば、400℃以上の加熱温度に設定されたバッチ式の加熱炉内に炭素繊維強化プラスチックを投入し、無酸素状態で加熱(所謂「蒸し焼き」)するものであり、炭素繊維強化プラスチックに含まれる低沸点の物質及び水分等を加熱により、ガス化及び炭化するものである。これにより、事後に行われる再生炭素繊維の再生処理において、炭素繊維強化プラスチックに含まれるマトリックス成分の加熱除去時間を短縮化することが可能となる。さらに、予め乾留工程により、炭素繊維強化プラスチックの炭化分を一定にすることができ、加熱条件を安定させ、再生処理装置を用いた再生炭素繊維のエネルギー効率を良好なものとすることができる。なお、上述した裁断工程を乾留後の炭素繊維強化プラスチックに対して実施するものであってもよい。 Therefore, according to the method for producing regenerated carbon fiber of the present invention, a carbon fiber reinforced plastic filled in the heating cage is subjected to dry distillation treatment in advance. Here, the carbonization process is a process in which, for example, a carbon fiber reinforced plastic is put into a batch type heating furnace set to a heating temperature of 400 ° C. or higher and heated in an oxygen-free state (so-called “steaming”). The low-boiling substances and moisture contained in the carbon fiber reinforced plastic are gasified and carbonized by heating. This makes it possible to shorten the heat removal time of the matrix component contained in the carbon fiber reinforced plastic in the regeneration process of the regenerated carbon fiber performed after the fact. Furthermore, the carbonization of the carbon fiber reinforced plastic can be made constant by the carbonization process in advance, the heating conditions can be stabilized, and the energy efficiency of the regenerated carbon fiber using the reprocessing apparatus can be improved. In addition, you may implement the cutting process mentioned above with respect to the carbon fiber reinforced plastics after dry distillation.

本発明はまた、炭素繊維及びマトリックス成分を含有する炭素繊維強化プラスチックを原料として再生炭素繊維を製造する装置を提供する。本発明の装置は、通気性材料で各面が形成されており、前記炭素繊維強化プラスチックを予め規定された嵩密度となるように充填する筐体状の加熱ケージを備えている。また、加熱ケージを搬送するメッシュ搬送部と細長トンネル形状の加熱処理空間とを備えており炭素繊維強化プラスチックを連続的に加熱してマトリックス成分の一部を除去する再生処理部を備えている。The present invention also provides an apparatus for producing regenerated carbon fiber from a carbon fiber reinforced plastic containing carbon fiber and a matrix component. The apparatus of the present invention is provided with a casing-like heating cage that is formed of a breathable material and has a surface that is filled with the carbon fiber reinforced plastic so as to have a predetermined bulk density. In addition, it has a mesh transport section for transporting the heating cage and a heat treatment space having an elongated tunnel shape, and a regeneration processing section for continuously heating the carbon fiber reinforced plastic to remove a part of the matrix component.

本発明の効果として、炭素繊維強化プラスチックを加熱ケージに充填し、嵩密度を一定に調整した状態で再生処理部に導入し、再生炭素繊維を製造することができる。これにより、加熱領域における熱的特性を均一化し、安定した加熱条件で再生炭素繊維の生成及び回収を行うことができる。また、マトリックス成分の一部を固定炭素として残存させることにより、再生炭素繊維の取り扱い性を良好にすることができる。このとき、炭素繊維強化プラスチックの嵩密度を一定とすることにより、上記固定炭素の残存炭素率の調整を容易に行うことができる。 As an effect of the present invention, a carbon fiber reinforced plastic can be filled in a heating cage and introduced into a regeneration processing section in a state in which the bulk density is adjusted to be constant, whereby a regenerated carbon fiber can be produced . Thereby, the thermal characteristics in the heating region can be made uniform, and the regenerated carbon fiber can be generated and recovered under stable heating conditions. Moreover, the handleability of the regenerated carbon fiber can be improved by leaving a part of the matrix component as fixed carbon. At this time, by adjusting the bulk density of the carbon fiber reinforced plastic, the residual carbon ratio of the fixed carbon can be easily adjusted.

本実施形態の炭素繊維の再生処理方法に使用される再生処理装置の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the regeneration processing apparatus used for the regeneration processing method of the carbon fiber of this embodiment. 再生処理装置に使用する(a)加熱ケージの構成を示す斜視図、(b)加熱ケージの構成を示す断面図、及び(c)加熱ケージに炭素繊維強化プラスチックを充填した状態を示す模式断面図である。(A) a perspective view showing the configuration of the heating cage used in the regeneration processing apparatus, (b) a sectional view showing the configuration of the heating cage, and (c) a schematic sectional view showing a state in which the heating cage is filled with carbon fiber reinforced plastic. It is. 本実施形態の炭素繊維の再生処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the flow of the regeneration processing method of the carbon fiber of this embodiment.

以下、本発明の一実施形態である炭素繊維の再生処理方法1(以下、単に「再生処理方法1」と称す)について、図1乃至図3に基づいて説明する。ここで、本実施形態の再生処理方法1は、図1に示すような炭素繊維強化プラスチック25(以下、単に「CFRP25」と称す)を連続的に加熱することが可能な再生処理装置26を用いて行うものについて示すものとする。   Hereinafter, a carbon fiber regeneration treatment method 1 (hereinafter simply referred to as “regeneration treatment method 1”) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. Here, the regeneration processing method 1 of the present embodiment uses a regeneration processing apparatus 26 capable of continuously heating a carbon fiber reinforced plastic 25 (hereinafter simply referred to as “CFRP 25”) as shown in FIG. Shall be shown.

ここで、再生処理装置26について、説明すると、耐火性素材である耐火煉瓦を用いて、内部に細長トンネル形状の再生処理空間2が構築された再生処理部3と、再生処理部3のを貫通するように配された無端状のメッシュベルト4と、メッシュベルト4を支持するとともに、軸周りに回転可能な複数の回転ローラ5を有するメッシュ搬送部6と、再生処理空間2を三つの領域に分割し、その中央の領域の加熱領域HZに設置された加熱除去部7と、加熱領域HZの搬送下流側の冷却領域CZに設けられ、再生処理済みの再生炭素繊維8を室温近傍まで徐冷する冷却部9と、加熱領域HZの搬送上流側の予備加熱領域PZに設けられ、加熱領域HZに到達するまでに加熱ケージ10に充填されたCFRP25を所定の加熱温度まで予備的に加熱する予備加熱部11と、予備加熱領域PZに連通するように再生処理部3の一部を開口し、予備加熱領域PZで発生した煙や炭化水素ガス等を含む残ガス成分12を当該予備加熱領域PZから吸引し、回収する残ガス回収部13と、回収された残ガス成分12をバーナーBの炎に近接させ、燃焼炉14内で再燃焼させた後に外部に放出する残ガス燃焼部15とを主に具備している。係る構成によって、メッシュベルト4に載置された加熱ケージ10内のCFRP25は、搬送方向(図1における矢印A方向)に沿って搬送され、搬送上流側の再生処理部3に開口した導入口16から再生処理空間2に導入され、さらに搬送下流側に開口した排出口17から再生処理空間2の外に排出される。   Here, the regeneration processing device 26 will be described. The regeneration processing unit 3 in which a slender tunnel-shaped regeneration processing space 2 is constructed using a firebrick that is a fireproof material, and the regeneration processing unit 3 are penetrated. An endless mesh belt 4 arranged so as to support the mesh belt 4, a mesh transport unit 6 having a plurality of rotating rollers 5 that can rotate around the shaft, and the regeneration processing space 2 are divided into three regions. The regenerated carbon fiber 8 that has been divided and provided in the heating removal section 7 installed in the heating area HZ in the central area and the cooling area CZ downstream of the heating area HZ is gradually cooled to near room temperature. The CFRP 25 provided in the cooling unit 9 and the preheating area PZ on the upstream side of the heating area HZ and filled in the heating cage 10 is preliminarily added to a predetermined heating temperature before reaching the heating area HZ. A part of the regeneration processing unit 3 is opened so as to communicate with the preheating unit 11 and the preheating region PZ, and the residual gas component 12 including smoke and hydrocarbon gas generated in the preheating region PZ is preliminarily heated. The residual gas recovery unit 13 that sucks and recovers from the region PZ, and the residual gas combustion unit 15 that releases the recovered residual gas component 12 to the outside after being brought close to the flame of the burner B and recombusted in the combustion furnace 14. And mainly. With this configuration, the CFRP 25 in the heating cage 10 placed on the mesh belt 4 is transported along the transport direction (the direction of arrow A in FIG. 1), and is introduced into the regeneration processing unit 3 on the upstream side of the transport. Are introduced into the regeneration processing space 2 and further discharged out of the regeneration processing space 2 through a discharge port 17 opened on the downstream side of the conveyance.

ここで、導入口16及び排出口17の間の再生処理空間2は、前述したように三つの領域が設定されている。さらに、具体的に説明すると、加熱ケージ10内のCFRP25を室温近傍の温度から所定の加熱温度(例えば、550℃)に到達するように予め設定された温度勾配に沿って徐々に加熱するための予備加熱領域PZと、予備加熱領域PZの搬送下流側に設定され、予備加熱領域PZで到達した加熱温度をそのまま保持し、CFRP25を加熱し、マトリックス成分を熱分解させて再生炭素繊維8を生成するための加熱領域HZと、加熱領域HZの搬送下流側に設定され、再生処理後の再生炭素繊維8を室温近傍まで冷却するための冷却領域CZの三つの領域に分かれている。   Here, in the regeneration processing space 2 between the introduction port 16 and the discharge port 17, three regions are set as described above. More specifically, for gradually heating the CFRP 25 in the heating cage 10 along a temperature gradient set in advance so as to reach a predetermined heating temperature (for example, 550 ° C.) from a temperature near room temperature. Preheated zone PZ and the heating temperature reached in the preheated zone PZ are set on the downstream side of the preheated zone PZ, and the heating temperature reached in the preheated zone PZ is kept as it is, and the CFRP 25 is heated to thermally decompose the matrix components to produce the regenerated carbon fiber 8 It is divided into three regions, namely, a heating region HZ for cooling and a cooling region CZ for cooling the regenerated carbon fiber 8 after the regeneration process to near the room temperature.

網状部材から構成されたメッシュベルト4を有するメッシュ搬送部6は、既に示したメッシュベルト4及び複数の回転ローラ5等の構成に加え、回転ローラ5を回転させるための回転力を発生させる回転駆動用モータ及び当該回転力を回転ローラ5に伝達するための回転伝達機構等の周知の構成を含むものであり、その詳細についてはここでは説明を省略する。また、加熱除去部7及び予備加熱部11は、円環状のメッシュベルト4の上側に位置する上ベルト18及び下側に位置する下ベルト19の間に介設され、上ベルト18のベルト内面20に相対するように発熱体21がそれぞれ配置されたものである。これにより、発熱体21に電流を供給し抵抗熱を発生させることによって、上ベルト18のベルト面18aに載置され、予備加熱領域PZ及び加熱領域HZに搬送された加熱ケージ10に対して下方から熱を加えることができる。なお、発熱体21に電流を供給するための電流供給部、供給する電流値を調整し発生する抵抗熱を制御する電流調整機構、及び予備加熱領域PZ及び加熱領域HZのそれぞれの複数箇所に設置され、当該位置における温度を計測する温度計測センサ、酸素濃度センサ、及び一酸化炭素濃度センサ等の構成を備えているが、ここでは図示を省略している。   The mesh transport unit 6 having the mesh belt 4 made of a net-like member has a rotational drive that generates a rotational force for rotating the rotating roller 5 in addition to the configuration of the mesh belt 4 and the plurality of rotating rollers 5 already shown. This includes well-known components such as a motor for rotation and a rotation transmission mechanism for transmitting the rotational force to the rotating roller 5, and the details thereof are omitted here. The heating removal unit 7 and the preheating unit 11 are interposed between an upper belt 18 positioned on the upper side of the annular mesh belt 4 and a lower belt 19 positioned on the lower side, and a belt inner surface 20 of the upper belt 18. The heating elements 21 are arranged so as to face each other. As a result, current is supplied to the heating element 21 to generate resistance heat, thereby lowering the heating cage 10 placed on the belt surface 18a of the upper belt 18 and conveyed to the preheating area PZ and the heating area HZ. Heat can be applied from. It should be noted that a current supply unit for supplying a current to the heating element 21, a current adjusting mechanism for controlling the resistance heat generated by adjusting the supplied current value, and a plurality of locations in each of the preheating region PZ and the heating region HZ. The temperature measurement sensor, the oxygen concentration sensor, the carbon monoxide concentration sensor, and the like that measure the temperature at the position are provided, but are not shown here.

一方、冷却領域CZに設けられた冷却部9は、加熱領域HZによってマトリックス成分が熱分解して再生された再生炭素繊維8を徐冷し、排出口17から排出された段階で作業者が回収可能な程度の温度まで下げるためのものである。本実施形態の場合、排出口17付近から搬送上流側に向けて冷却領域CZ内に強制的に冷たいエアー(外気)を送気するエアー送気部22が設けられている。さらに、再生処理部3の冷却領域CZには、再生処理空間2と連通するように上方に開口した複数の連通口23が開設され、該連通口23と吸気ダクト24が接続されている。これにより、強制的に送気されたエアーは、冷却領域CZで高温の再生炭素繊維8と接することで熱交換によって温められ、一部のエアー(例えば、約60%程度)は、連通口23及び吸気ダクト24を通じて再生処理装置26の外部に放出され、残りのエアー(例えば、約40%程度)は搬送上流側の加熱領域HZに流れることになる。   On the other hand, the cooling unit 9 provided in the cooling zone CZ slowly cools the regenerated carbon fiber 8 that is regenerated by thermally decomposing the matrix components in the heating zone HZ, and the worker collects it when discharged from the discharge port 17. This is to lower the temperature to the extent possible. In the case of the present embodiment, an air supply unit 22 that forcibly supplies cold air (outside air) into the cooling region CZ from the vicinity of the discharge port 17 toward the upstream side of conveyance is provided. Furthermore, in the cooling region CZ of the regeneration processing unit 3, a plurality of communication ports 23 opened upward so as to communicate with the regeneration processing space 2 are opened, and the communication ports 23 and the intake duct 24 are connected. As a result, the forcedly supplied air is warmed by heat exchange by contacting the high-temperature regenerated carbon fiber 8 in the cooling zone CZ, and a part of the air (for example, about 60%) is connected to the communication port 23. In addition, the air is discharged to the outside of the regeneration processing device 26 through the intake duct 24, and the remaining air (for example, about 40%) flows to the heating region HZ on the upstream side of the conveyance.

さらに、再生処理装置26に使用される加熱ケージ10は、図2に示すように、略直方体形状の筐体として構成されている。具体的に説明すると、一辺が47cmの正方形の板からなるケージ底面部27及びケージ底面部27の各辺縁から垂設された高さ15cmの四枚の長方形の板からなるケージ側面部28を有するケージ本体29と、一辺が50cmの正方形の板からなり、ケージ本体29の上方から被せるようにして載置されるケージ蓋部30とから主に構成されている。ここで、ケージ本体29のケージ底面部27及びケージ側面部28と、ケージ蓋部30とは、それぞれ網目部材からなる通気性材料によって構成されている。   Furthermore, as shown in FIG. 2, the heating cage 10 used in the regeneration processing device 26 is configured as a substantially rectangular parallelepiped housing. More specifically, a cage bottom surface portion 27 made of a square plate having a side of 47 cm and a cage side surface portion 28 made of four rectangular plates having a height of 15 cm suspended from the respective edges of the cage bottom surface portion 27 are provided. The cage main body 29 is mainly composed of a square plate having a side of 50 cm, and a cage lid portion 30 placed so as to cover the cage main body 29 from above. Here, the cage bottom surface portion 27 and the cage side surface portion 28 of the cage body 29 and the cage lid portion 30 are each made of a breathable material made of a mesh member.

ここで、充填空間31に充填したCFRP25の重量及びそのケージ底面部27からの高さによってCFRP25の嵩密度を算出することができる。ここで、加熱ケージ10の充填空間31の体積は、47センチ×47センチ×15センチ=33,135立方センチメートルであり、これに基づいて、嵩密度=(充填したプラスチックの重量)÷33,135×(ケージ底面部からの高さcm/15cm)として算出することができる。このとき、CFRP25は、充填空間31に偏りなく充填され、充填空間31に占める高さも一定のものとして仮定して算出している。   Here, the bulk density of the CFRP 25 can be calculated from the weight of the CFRP 25 filled in the filling space 31 and its height from the cage bottom surface portion 27. Here, the volume of the filling space 31 of the heating cage 10 is 47 cm × 47 cm × 15 cm = 33,135 cubic centimeters, and based on this, the bulk density = (weight of the filled plastic) ÷ 33,135 ×. It can be calculated as (height cm / 15 cm from the bottom of the cage). At this time, the CFRP 25 is calculated assuming that the filling space 31 is filled evenly and the height of the filling space 31 is constant.

次に、上記再生処理装置26を用いた本実施形態の再生処理方法1の一例について説明する。ここで、本実施形態の再生処理方法1において、再生処理の対象となるCFRP25は、炭素繊維強化プラスチックを用いた製品を製造する製造工場から出された端材等(焼成前のプリプレグを含む)を回収したものであり、主にシート状のものを想定している。また、回収された端材等には、紙やその他の夾雑物が含まれているため、これらを予め取り除く作業を行ったものが使用される。その後、CFRP25を炭化乾留装置(図示しない)の乾留炉内にセットし、CFRP25に含まれる低沸点の物質及びマトリックス成分の一部を乾留する(乾留工程S1)。ここで、本実施形態の再生処理方法1では炭化乾留装置による炭化温度を550℃にセットし、これを8時間継続する。これにより、CFRP25は乾留炉内の無酸素の状態で加熱されることにより、低沸点の物質が揮発し、さらにメタンやベンゼン等の炭化水素ガスが発生する。これにより、CFRP25が炭化される。なお、本実施形態では、乾留工程S1によって得られる炭化済みのCFRP25の残存炭素率が約12%になるように調整される。その結果、事後に行うマトリックス成分の加熱除去の加熱条件を安定させることが可能となる。なお、炭化乾留の際に乾留炉内に過熱水蒸気を添加し、乾留の効果を上げるものであっても構わない。   Next, an example of the reproduction processing method 1 of the present embodiment using the reproduction processing device 26 will be described. Here, in the regeneration processing method 1 of the present embodiment, the CFRP 25 to be subjected to the regeneration processing is a milled material or the like (including a prepreg before firing) provided from a manufacturing factory that manufactures a product using a carbon fiber reinforced plastic. It is assumed that it is mainly a sheet. In addition, since the collected scraps and the like contain paper and other foreign matters, those that have been previously removed are used. Thereafter, the CFRP 25 is set in a carbonization furnace of a carbonization carbonization apparatus (not shown), and a low boiling point substance and a part of the matrix component contained in the CFRP 25 are carbonized (dry distillation process S1). Here, in the regeneration treatment method 1 of this embodiment, the carbonization temperature by the carbonization carbonization apparatus is set to 550 ° C., and this is continued for 8 hours. As a result, the CFRP 25 is heated in an oxygen-free state in the carbonization furnace, whereby a low-boiling substance is volatilized and a hydrocarbon gas such as methane or benzene is generated. Thereby, CFRP25 is carbonized. In the present embodiment, the carbon content of the carbonized CFRP 25 obtained by the carbonization step S1 is adjusted to be about 12%. As a result, it becomes possible to stabilize the heating conditions for the subsequent heat removal of the matrix component. In addition, superheated steam may be added to the carbonization furnace during carbonization to increase the effect of carbonization.

乾留工程S1によって得られた炭化済みのCFRP25は、上記炭化水素ガス等の発生により乾留前に比べて体積が小さくなっているものの、依然として乾留前の形状を維持している。そこで、加熱ケージ10の充填空間31に充填するため、所定のサイズにCFRP25をカットする(裁断工程S2)。本実施形態では、既存の裁断機を用いることにより、50mm長にカットしている。その後、充填空間31にカットされたCFRP25を充填する。このとき、CFRP25の総充填量を1000gとした場合、ケージ本体29のケージ底面部27からの高さが5.66cmになるように充填することで、CFRP25の嵩密度が0.08グラム/立方センチメートル(充填率=約38%)に調整される(嵩密度充填工程S3、図2(c)参照)。そして、ケージ蓋部30をケージ本体29の上方から被せ、充填空間31を閉塞する。これにより、メッシュベルト4による搬送の際の振動等で、CFRP25或いは再生炭素繊維8が再生処理空間2に飛散することを防ぐことができる。なお、加熱ケージ10を構成するケージ底面部27等の網目部材に対して、上述した裁断工程S2によって裁断されたチップ状のCFRP25が大きいため、加熱ケージ10からCFRP25がこぼれ出ることもない。   Although the carbonized CFRP 25 obtained by the carbonization step S1 has a smaller volume than that before the carbonization due to the generation of the hydrocarbon gas or the like, it still maintains the shape before the carbonization. Therefore, in order to fill the filling space 31 of the heating cage 10, the CFRP 25 is cut into a predetermined size (cutting step S2). In this embodiment, it cuts into 50 mm length by using the existing cutting machine. Thereafter, the filled CFRP 25 is filled in the filling space 31. At this time, when the total filling amount of CFRP 25 is 1000 g, the bulk density of CFRP 25 is 0.08 grams / cubic centimeter by filling the cage body 29 so that the height from the cage bottom surface portion 27 becomes 5.66 cm. (Filling rate = about 38%) is adjusted (bulk density filling step S3, see FIG. 2 (c)). Then, the cage lid 30 is covered from above the cage body 29 to close the filling space 31. Thereby, it is possible to prevent the CFRP 25 or the regenerated carbon fiber 8 from being scattered in the reclaim processing space 2 due to vibrations or the like during conveyance by the mesh belt 4. In addition, since the chip-like CFRP 25 cut by the above-described cutting step S2 is large with respect to the mesh member such as the cage bottom surface portion 27 that constitutes the heating cage 10, the CFRP 25 does not spill out of the heating cage 10.

次に、CFRP25の充填された加熱ケージ10を導入口16の近傍のメッシュベルト4に載置する(図1参照)。なお、再生処理装置26の加熱除去部7及び予備加熱部11のそれぞれの発熱体21は、予め加熱され、加熱領域HZ及び予備加熱領域PZに設定された加熱温度及び温度勾配になるように調整されている。また、冷却部9のエアー送気部22からは、冷却領域CZに向かって外気が強制的に送気されている。   Next, the heating cage 10 filled with the CFRP 25 is placed on the mesh belt 4 in the vicinity of the introduction port 16 (see FIG. 1). In addition, each heating element 21 of the heating removal unit 7 and the preheating unit 11 of the regeneration processing device 26 is preheated and adjusted so as to have a heating temperature and a temperature gradient set in the heating region HZ and the preheating region PZ. Has been. In addition, outside air is forcibly supplied from the air supply unit 22 of the cooling unit 9 toward the cooling region CZ.

そして、メッシュ搬送部6を稼働させる。具体的には、メッシュベルト4を支持する回転ローラ5を回転させ、これに伴ってメッシュベルト4を従動させる。これにより、ベルトコンベアの搬送上流側の上流端4aから下流側の下流端4bに向けてメッシュベルト4の上側に位置する上ベルト18が移動し、一方、下流端4bで当該移動方向が逆転し、搬送下流側から搬送上流側に向けてメッシュベルト4の下側に位置する下ベルト19が移動する。これにより、メッシュベルト4の上ベルト18に載置された加熱ケージ10が水平方向に移動する(加熱ケージ搬送工程S4)。ここで、メッシュベルト4の移動速度、すなわち、加熱ケージ10の搬送速度は、12.2m/h(≒0.20m/min)に設定されている。なお、本実施形態において使用される再生処理装置26は、再生処理部3の導入口16から排出口17までの炉内距離が26.5mに設定され、一方、上流端4aから下流端4bまでの全体長さが35.0mになるように設定されている。そのため、導入口16から導入され、排出口17から排出されるまで、加熱ケージ10は130分間を掛けて再生処理空間2を搬送されることになる。ここで、一つの加熱ケージ10の載置されたメッシュベルト4の直後には別の加熱ケージ10が近接されるように載置されている。そのため、上記搬送速度では、単位時間当たり23.5ケースの加熱ケージ10を処理することができる。このとき、搬送速度を低く設定すると、一つの加熱ケージ10の再生処理空間2における滞留時間が長くなり、作業効率が著しく低下する。一方、搬送速度が速すぎると、加熱ケージ10に充填されたCFRP25のマトリックス成分が十分に熱分解しない状態で排出口17から排出されることがある。そのため、上記したように1時間あたり、12m程度進むように搬送速度をセットすることで、作業効率及び再生炭素繊維8の品質安定性の双方の問題を解消することができる。   And the mesh conveyance part 6 is operated. Specifically, the rotating roller 5 that supports the mesh belt 4 is rotated, and the mesh belt 4 is driven accordingly. As a result, the upper belt 18 positioned above the mesh belt 4 moves from the upstream end 4a on the upstream side of the conveyor belt toward the downstream end 4b on the downstream side, while the moving direction is reversed at the downstream end 4b. The lower belt 19 located on the lower side of the mesh belt 4 moves from the transport downstream side toward the transport upstream side. As a result, the heating cage 10 placed on the upper belt 18 of the mesh belt 4 moves in the horizontal direction (heating cage conveying step S4). Here, the moving speed of the mesh belt 4, that is, the conveying speed of the heating cage 10 is set to 12.2 m / h (≈0.20 m / min). In the regeneration processing device 26 used in the present embodiment, the furnace distance from the inlet 16 to the outlet 17 of the regeneration processing unit 3 is set to 26.5 m, while the upstream end 4a to the downstream end 4b. Is set to be 35.0 m. Therefore, the heating cage 10 is transported through the regeneration processing space 2 over 130 minutes until it is introduced from the introduction port 16 and discharged from the discharge port 17. Here, immediately after the mesh belt 4 on which one heating cage 10 is placed, another heating cage 10 is placed in close proximity. Therefore, 23.5 cases of the heating cage 10 per unit time can be processed at the transfer speed. At this time, if the conveyance speed is set low, the residence time in the regeneration processing space 2 of one heating cage 10 becomes long, and the working efficiency is remarkably lowered. On the other hand, if the conveyance speed is too high, the matrix component of the CFRP 25 filled in the heating cage 10 may be discharged from the discharge port 17 without being sufficiently thermally decomposed. Therefore, as described above, by setting the conveyance speed so as to advance about 12 m per hour, both problems of work efficiency and quality stability of the regenerated carbon fiber 8 can be solved.

なお、本実施形態において、導入口16の開口形状と加熱ケージ10の断面形状とが略一致するように形成されているため、導入口16の開口縁と加熱ケージ10のケージ表面10aの間には僅かな空隙しか形成されていない。そのため、導入口16側からは必要最低限の外気等しか再生処理空間2に侵入しないため、予備加熱領域PZにおける温度勾配の変化に大きな影響を及ぼすものでない。さらに、前述したように、一つの加熱ケージ10の直後に、別の加熱ケージ10をメッシュベルト4に載置することで、導入口16から流れ込む外気の量を制限するとともに、同じような熱的特性を有する加熱ケージ10及びCFRP25によって、予備加熱領域PZにおける温度勾配に影響を及ぼすことがない。その結果、目的とする加熱温度まで安定した加温が可能となる。   In the present embodiment, since the opening shape of the introduction port 16 and the cross-sectional shape of the heating cage 10 are formed so as to substantially match, the gap between the opening edge of the introduction port 16 and the cage surface 10a of the heating cage 10 is formed. Only a few voids are formed. For this reason, since only the minimum necessary amount of outside air or the like enters the regeneration processing space 2 from the inlet 16 side, it does not significantly affect the change in temperature gradient in the preheating region PZ. Further, as described above, by placing another heating cage 10 on the mesh belt 4 immediately after one heating cage 10, the amount of outside air flowing from the inlet port 16 is limited and the same thermal effect is obtained. The heating cage 10 and the CFRP 25 having characteristics do not affect the temperature gradient in the preheating region PZ. As a result, stable heating up to the target heating temperature is possible.

再生処理部3の導入口16から再生処理空間2の予備加熱領域PZに導入された加熱ケージ10は、予備加熱部11の発熱体21から発せられる熱によって加熱される(予備加熱工程S5)。ここで、前述したように、加熱ケージ10内のCFRP25は、予め乾留工程S1によってマトリックス成分の一部が炭化したものである。そのため、係る予備加熱工程S5は、加熱ケージ10内のCFRP25を加熱領域HZにおける加熱温度(=550℃)まで加熱するいわば「昇温工程」として機能している。しかしながら、マトリックス成分の一部からは、乾留工程S1では放出されなかった物質により、炭化水素ガスや煙等の残ガス成分12が発生することがある。そこで、予備加熱領域PZの上方に連結した残ガス回収部13によって、係る残ガス成分12を回収し、回収された残ガス成分12に十分な酸素を供給しながらバーナーBで完全燃焼させることにより、二酸化炭素及び水を生成することができ、自然環境への影響を小さくした状態でこれらを大気中に放出することができる。   The heating cage 10 introduced into the preheating region PZ of the regeneration processing space 2 from the introduction port 16 of the regeneration processing unit 3 is heated by heat generated from the heating element 21 of the preheating unit 11 (preheating step S5). Here, as described above, the CFRP 25 in the heating cage 10 is obtained by carbonizing a part of the matrix component in advance by the carbonization step S1. Therefore, the preliminary heating step S5 functions as a so-called “temperature raising step” in which the CFRP 25 in the heating cage 10 is heated to the heating temperature (= 550 ° C.) in the heating region HZ. However, a residual gas component 12 such as hydrocarbon gas or smoke may be generated from a part of the matrix component due to a substance not released in the dry distillation step S1. Therefore, the residual gas component 12 is recovered by the residual gas recovery unit 13 connected above the preheating zone PZ, and is burned completely in the burner B while supplying sufficient oxygen to the recovered residual gas component 12. Carbon dioxide and water can be generated, and these can be released into the atmosphere with a reduced impact on the natural environment.

その後、予備加熱領域PZを経て加熱領域HZに到達した加熱ケージ10及びCFRP25は、残存するマトリックス成分の炭化物を酸素雰囲気下の再生処理空間2で加熱除去するために加熱される(加熱除去工程S6)。ここで、加熱領域HZの加熱温度は、本実施形態では550℃に設定されている。このとき、CFRP25の炭素繊維自体は、800から850℃以上の加熱温度でなければ酸素雰囲気下でガス化することがない。その結果、マトリックス成分に由来する炭化物のみが酸化反応によって加熱除去され、再生炭素繊維8が生成される。このとき、加熱領域HZにおける加熱温度、加熱領域HZの距離(長さ)、及び搬送速度を調整することにより、マトリックス成分の炭化物が完全に除去されない間に冷却領域CZに到達するように設定されている。すなわち、再生炭素繊維8の繊維表面には、マトリックス成分の炭化物(固定炭素)が付着している。固定炭素の残存炭素率は3%前後になるように本実施形態では設定されている。   Thereafter, the heating cage 10 and the CFRP 25 that have reached the heating region HZ via the preheating region PZ are heated to remove the remaining carbide of the matrix component in the regeneration processing space 2 under an oxygen atmosphere (heating removal step S6). ). Here, the heating temperature of the heating region HZ is set to 550 ° C. in the present embodiment. At this time, the carbon fiber itself of the CFRP 25 is not gasified in an oxygen atmosphere unless the heating temperature is 800 to 850 ° C. or higher. As a result, only the carbide derived from the matrix component is removed by heating by the oxidation reaction, and the regenerated carbon fiber 8 is generated. At this time, by adjusting the heating temperature in the heating zone HZ, the distance (length) of the heating zone HZ, and the conveyance speed, the temperature is set so as to reach the cooling zone CZ while the carbides of the matrix component are not completely removed. ing. That is, the carbide (fixed carbon) of the matrix component adheres to the fiber surface of the regenerated carbon fiber 8. In this embodiment, the residual carbon ratio of fixed carbon is set to be about 3%.

そして、冷却領域CZに到達した再生炭素繊維8は、加熱除去部7の発熱体21による熱を受けることがないため、メッシュベルト4に沿って搬送される間に徐々に熱を放出し、徐冷される(冷却工程S7)。このとき、搬送下流側から、外気がエアー送気部22によって送気されるため、該外気と接した再生炭素繊維8は、さらに温度低下の勾配が急激となり、冷却領域CZが短く設定されている場合であっても十分な冷却効果を得ることができる。なお、再生炭素繊維8には固定炭素が付着しているため、完全にマトリックス成分を除去したものと比べ、エアー送気部22による外気によって容易に飛散することがない。冷却領域CZに送気された外気は、未だ高温の再生炭素繊維8と接し、熱交換によって温められる。その結果、吸気ダクト24からその一部が吸引され再生処理装置26の外部に放出される。一方、残りの一部は加熱領域HZに到達する。このとき、外気は酸素を含むものであり、マトリックス成分の炭化物をガス化するための酸化反応のために費消される。   Since the regenerated carbon fiber 8 that has reached the cooling zone CZ does not receive heat from the heating element 21 of the heating removal unit 7, it gradually releases heat while being conveyed along the mesh belt 4. It is cooled (cooling step S7). At this time, since the outside air is supplied from the downstream side of the conveyance by the air supply unit 22, the temperature of the regenerated carbon fiber 8 in contact with the outside air is further sharply lowered, and the cooling region CZ is set to be short. Even if it is a case, sufficient cooling effect can be acquired. In addition, since fixed carbon has adhered to the reproduction | regeneration carbon fiber 8, compared with what removed the matrix component completely, it does not scatter easily by the external air by the air supply part 22. FIG. The outside air sent to the cooling zone CZ is still in contact with the high-temperature regenerated carbon fiber 8 and is warmed by heat exchange. As a result, a part thereof is sucked from the intake duct 24 and discharged to the outside of the regeneration processing device 26. On the other hand, the remaining part reaches the heating zone HZ. At this time, the outside air contains oxygen and is consumed for an oxidation reaction for gasifying the carbide of the matrix component.

その後、再生処理空間2の終端に到達し、十分に冷却された再生炭素繊維8が排出口17から排出される(ステップS8)。ここで、前述したように、550℃程度の加熱温度では炭素繊維(再生炭素繊維8)自体を熱分解することがないため、加熱ケージ10内の再生炭素繊維8は、太さ等が変化することがない。さらに、繊維表面に固定炭素が付着しているため、密度が高くなり、完全にマトリックス成分を除去したものに比べて取扱い性に優れる利点を有している。なお、再使用に際して、係る固定炭素の存在は特に影響を及ぼさない。   Thereafter, the end of the regeneration processing space 2 is reached, and the sufficiently cooled regenerated carbon fiber 8 is discharged from the discharge port 17 (step S8). Here, as described above, since the carbon fiber (regenerated carbon fiber 8) itself is not thermally decomposed at a heating temperature of about 550 ° C., the thickness or the like of the regenerated carbon fiber 8 in the heating cage 10 changes. There is nothing. Furthermore, since fixed carbon adheres to the fiber surface, the density is increased, and there is an advantage that the handleability is excellent compared to the case where the matrix component is completely removed. It should be noted that the presence of such fixed carbon does not affect the reuse.

以上説明したように、本実施形態の再生処理方法1によれば、再生対象のCFRP25を搬送上流側のメッシュベルトに載置して所定の搬送速度で搬送し、再生処理空間2でマトリックス成分の炭化物を一部残して加熱分解することにより、当該CFRP25からマトリックス成分のみを選択的に除去し、かつ風等によって容易に飛散することのない再生炭素繊維8の再生が可能である。さらに、再生処理空間2に導入する前に、加熱ケージ10に規定の嵩密度となるように充填することにより、再生処理空間2における加熱が安定する。その結果、固定炭素の残存率も安定させることができる。なお、本実施形態の再生処理方法1によるCFRP25の嵩密度をコントロールすることで、加熱除去部7におけるCFRP25と酸素(大気)との接触面積を調整することができる。ここで、高温時に酸素と接触することは、再生炭素繊維8のガス化による損失または再生炭素繊維8の力学的特性が低下する等の不具合が発生する可能性が高くなる。そのため、酸素との接触面積の調整を図ることで、再生炭素繊維8等の損失を最低限に抑えることができる。   As described above, according to the regeneration processing method 1 of the present embodiment, the CFRP 25 to be regenerated is placed on the mesh belt on the upstream side of the transport and transported at a predetermined transport speed. By thermally decomposing leaving a part of the carbide, it is possible to selectively remove only the matrix component from the CFRP 25 and to regenerate the regenerated carbon fiber 8 that is not easily scattered by wind or the like. Furthermore, before the introduction into the regeneration processing space 2, the heating in the regeneration processing space 2 is stabilized by filling the heating cage 10 so as to have a specified bulk density. As a result, the residual rate of fixed carbon can be stabilized. Note that, by controlling the bulk density of the CFRP 25 according to the regeneration processing method 1 of the present embodiment, the contact area between the CFRP 25 and oxygen (atmosphere) in the heat removal unit 7 can be adjusted. Here, the contact with oxygen at a high temperature increases the possibility of occurrence of problems such as loss due to gasification of the regenerated carbon fiber 8 or deterioration of mechanical properties of the regenerated carbon fiber 8. Therefore, the loss of the regenerated carbon fiber 8 and the like can be minimized by adjusting the contact area with oxygen.

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。   The present invention has been described with reference to preferred embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention as described below. And design changes are possible.

例えば、本実施形態の再生処理方法1において、再生処理対象のCFRP25に対し、予め乾留工程S1を実施し、マトリックス成分を炭化させて12%前後の残存炭素率にしたものを示したが、これに限定されるものではなく、係る乾留工程S1を必要に応じて実施しないものであっても構わない。すなわち、予備加熱領域PZで加熱温度まで昇温する際にマトリクス成分をガス化し乾留と同じ作用を奏させることが可能であれば省略しても構わない。さらに、乾留工程S1後に充填するCFRP25のサイズを整えるため、裁断を行うものを示したが、これに限定するものではなく、乾留工程S1前に実施するものであっても構わない。   For example, in the regeneration processing method 1 of the present embodiment, the carbonization process S1 is performed in advance on the CFRP 25 to be recycled, and the matrix component is carbonized to show a residual carbon ratio of about 12%. It is not limited to this, You may not perform such dry distillation process S1 as needed. That is, if the matrix component is gasified when the temperature is raised to the heating temperature in the preheating region PZ, the same effect as dry distillation can be obtained. Furthermore, although what cut | disconnects was shown in order to adjust the size of CFRP25 with which it fills after dry distillation process S1, it is not limited to this, You may implement before dry distillation process S1.

さらに、本実施形態の再生処理方法1において、再生処理空間2に加熱ケージ10を搬送するものとして、メッシュベルト4を有するメッシュ搬送部6を使用するものを示したがこれに限定されるものではなく、他のローラーハースキルン等を用いるものであっても構わない。しかしながら、本実施形態のように加熱ケージ10の下方に発熱体21を配し、加熱する場合、メッシュベルト4を用いることにより、熱の伝搬を良好にすることができ効率的な加熱を行うことができる。また、本実施形態の再生処理方法1において、50mm長にCFRP25をカットするものを示したが、これに限定されるものではなく、裁断機を用いて3.5mm〜150mmにカットするものであっても構わない。これにより、再利用の用途に応じた再生炭素繊維8に再生することが可能となる。なお、再利用の用途としては、不織布、断熱材、及び新規の炭素繊維強化プラスチックのフィラー成分等が想定される。さらに、係る裁断工程S2は、一回に限定されるものではなく、例えば、CFRP25に含まれる繊維がクロスするように編込まれている場合には、二回または複数回の裁断工程S2を実施するものであってもよい。   Furthermore, in the regeneration processing method 1 of the present embodiment, the transport cage 10 is transported to the regeneration processing space 2 using the mesh transport section 6 having the mesh belt 4, but is not limited to this. Alternatively, another roller hearth kiln or the like may be used. However, when the heating element 21 is disposed below the heating cage 10 and heated as in the present embodiment, the mesh belt 4 is used to improve heat propagation and perform efficient heating. Can do. Moreover, in the reproduction processing method 1 of the present embodiment, the CFRP 25 is cut to a length of 50 mm. However, the present invention is not limited to this, and the cutting is performed to 3.5 mm to 150 mm using a cutting machine. It doesn't matter. Thereby, it becomes possible to regenerate the regenerated carbon fiber 8 according to the reuse application. In addition, as a use of reuse, the filler component of a nonwoven fabric, a heat insulating material, a novel carbon fiber reinforced plastic, etc. are assumed. Further, the cutting step S2 is not limited to one time. For example, when the fibers included in the CFRP 25 are knitted so as to cross, the cutting step S2 is performed twice or a plurality of times. You may do.

1 再生処理方法(炭素繊維の再生処理方法)
2 再生処理空間
3 再生処理部
7 加熱除去部
8 再生炭素繊維
9 冷却部
10 加熱ケージ
16 導入口
17 排出口
25 CFRP(炭素繊維強化プラスチック)
26 再生処理装置
31 充填空間
CZ 冷却領域
HZ 加熱領域
PZ 予備加熱領域
S1 乾留工程
S2 裁断工程
S3 嵩密度充填工程
S4 加熱ケージ搬送工程
S5 予備加熱工程
S6 加熱除去工程
S7 冷却工程
1 Regeneration treatment method (carbon fiber regeneration treatment method)
2 Regeneration processing space 3 Regeneration processing unit 7 Heat removal unit 8 Recycled carbon fiber 9 Cooling unit 10 Heating cage 16 Inlet 17 Outlet 25 CFRP (carbon fiber reinforced plastic)
26 Regeneration processing device 31 Filling space CZ Cooling zone HZ Heating zone PZ Preheating zone S1 Dry distillation step S2 Cutting step S3 Bulk density filling step S4 Heating cage conveying step S5 Preheating step S6 Heating removal step S7 Cooling step

特開2008−285600号公報JP 2008-285600 A 特開2008−285601号公報JP 2008-285601 A 特開平7−33904号公報JP 7-33904 A

Claims (6)

炭素繊維及びマトリックス成分を含有する炭素繊維強化プラスチックを用いて再生炭素繊維を製造する方法であって、
前記炭素繊維強化プラスチックを、通気性材料で各面が形成された筐体状の加熱ケージの中に予め規定された嵩密度となるように充填する嵩密度充填工程と、
耐火性素材によって内部に細長トンネル形状の再生処理空間が構築され、前記再生処理空間に連通する導入口及び排出口がそれぞれ開口した再生処理部に前記炭素繊維強化プラスチックの充填された前記加熱ケージを搬送する加熱ケージ搬送工程と、
前記再生処理空間の加熱領域に設けられた加熱除去部によって、搬送される前記加熱ケージ内の前記炭素繊維強化プラスチックを加熱し、前記マトリックス成分を除去して再生炭素繊維を得る加熱除去工程と、
前記再生処理空間の前記加熱領域の搬送下流側の冷却領域に設けられた冷却部によって、前記マトリックス成分の加熱除去された前記再生炭素繊維を搬送しながら冷却する冷却工程と
を具備することを特徴とする再生炭素繊維の製造方法
A method for producing a regenerated carbon fiber using a carbon fiber reinforced plastic containing carbon fiber and a matrix component ,
A bulk density filling step of filling the carbon fiber reinforced plastic so as to have a predefined bulk density in a casing-shaped heating cage in which each surface is formed of a breathable material;
The heat treatment material filled with the carbon fiber reinforced plastic is formed in the reclaim processing part in which a slender tunnel-shaped reclaim processing space is constructed inside by a refractory material, and an introduction port and a discharge port communicating with the reclaim processing space are respectively opened. A heating cage conveying step for conveying;
A heating and removing step of heating the carbon fiber reinforced plastic in the heating cage to be transported by a heating and removing unit provided in a heating region of the regeneration processing space, and removing the matrix component to obtain a recycled carbon fiber ;
The cooling unit provided in the cooling zone of the conveyor downstream of the heating region of the regeneration space, a cooling step of cooling while conveying the recycled carbon fiber has been heated removing the matrix component,
The manufacturing method of the regenerated carbon fiber characterized by comprising.
前記加熱除去工程は、
前記炭素繊維強化プラスチックの前記マトリックス成分の一部を加熱によって固定炭素に転換し、前記固定炭素が繊維表面に付着した前記再生炭素繊維を生成することを特徴とする請求項1に記載の再生炭素繊維の製造方法
The heating removal step includes
The converted to fixed carbon by heating a portion of the matrix component of the carbon fiber reinforced plastic, recycled carbon according to claim 1, wherein the fixed carbon and generates the recycled carbon fiber attached to the fiber surface A method for producing fibers .
前記加熱除去工程は、
前記固定炭素の残存炭素率を、前記炭素繊維強化プラスチックに含まれる前記マトリックス成分の当初重量に対して、0.5重量%以上、11.0重量%以下とするように前記マトリックス成分の加熱除去を行うことを特徴とする請求項2に記載の再生炭素繊維の製造方法
The heating removal step includes
Heat removal of the matrix component such that the residual carbon ratio of the fixed carbon is 0.5 wt% or more and 11.0 wt% or less with respect to the initial weight of the matrix component contained in the carbon fiber reinforced plastic. The method for producing a regenerated carbon fiber according to claim 2, wherein:
前記嵩密度充填工程の前に実施され、
前記炭素繊維強化プラスチックを予め規定されたサイズに裁断加工する裁断工程をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一つに記載の再生炭素繊維の製造方法
Carried out before the bulk density filling step,
The method for producing regenerated carbon fiber according to any one of claims 1 to 3, further comprising a cutting step of cutting the carbon fiber reinforced plastic into a predetermined size.
前記嵩密度充填工程の前に実施され、
前記炭素繊維強化プラスチックを予め乾留し、前記マトリックス成分を炭化する乾留工程をさらに具備し、
前記加熱ケージに炭化済みの前記炭素繊維強化プラスチックが充填されることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一つに記載の再生炭素繊維の製造方法
Carried out before the bulk density filling step,
Further comprising a carbonization step of carbonizing the carbon fiber reinforced plastic in advance and carbonizing the matrix component;
The method for producing regenerated carbon fiber according to any one of claims 1 to 4, wherein the carbonized carbon fiber reinforced plastic is filled in the heating cage.
炭素繊維及びマトリックス成分を含有する炭素繊維強化プラスチックを原料として再生炭素繊維を製造する装置であって、An apparatus for producing regenerated carbon fiber using a carbon fiber reinforced plastic containing carbon fiber and a matrix component as a raw material,
通気性材料で各面が形成されており、前記炭素繊維強化プラスチックを予め規定された嵩密度となるように充填する筐体状の加熱ケージと、Each surface is formed of a breathable material, and a housing-like heating cage that fills the carbon fiber reinforced plastic so as to have a predetermined bulk density;
前記加熱ケージを搬送するメッシュ搬送部と細長トンネル形状の加熱処理空間とを備えており、前記炭素繊維強化プラスチックを連続的に加熱して前記マトリックス成分の一部を除去する再生処理部と、A regenerative processing section that comprises a mesh transport section for transporting the heating cage and a heat treatment space having an elongated tunnel shape, and continuously heats the carbon fiber reinforced plastic to remove a part of the matrix component;
を備えていることを特徴とする再生炭素繊維の製造装置。An apparatus for producing regenerated carbon fiber, comprising:
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