KR101754384B1 - 탄소섬유복합재의 열분해를 이용한 탄소섬유 제조방법 및 이를 통해 제조된 탄소섬유 - Google Patents

탄소섬유복합재의 열분해를 이용한 탄소섬유 제조방법 및 이를 통해 제조된 탄소섬유 Download PDF

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Abstract

본 발명은 재활용 탄소섬유복합재에서 탄소섬유를 제조하는 방법에 관한 것으로, 탄소섬유복합재를 반응기체로 충전된 가열 장치에 투입하는 단계, 가열 장치 내부의 온도가 400 내지 800℃가 되도록 가열하는 단계, 가열 장치 내부의 온도가 400 내지 800℃에서 10~60분으로 유지하여 수지를 열분해하는 단계, 열분해 후 수지의 차(char)를 제거하기 위하여 가열 장치 내부에 산소를 투입하는 단계 및 가열 장치 내부의 온도를 상온까지 냉각시키는 단계를 포함한다.

Description

탄소섬유복합재의 열분해를 이용한 탄소섬유 제조방법 및 이를 통해 제조된 탄소섬유{Carbon Fiber Production Method Using Thermal Decomposition of Carbon Fiber Reinforced Plastics and Carbon Fiber}
본 발명은 탄소섬유복합재의 열분해를 이용한 탄소섬유 제조방법 및 이를 통해 제조된 탄소섬유에 관한 것으로, 특히, 열분해를 이용한 탄소섬유복합재의 재활용방법 및 이를 통해 재활용된 탄소섬유에 관한 것이다. 본 발명은 탄소섬유복합재를 열분해법을 이용하여 수지를 제거한 후, 산소를 이용하여 탄소섬유 표면의 수지 잔여물을 완전히 제거하여 열분해를 이용한 탄소섬유복합재의 재활용 방법 및 이를 통해 재활용된 탄소섬유에 관한 것이다.
오늘날 고강도 고탄성 재료인 탄소섬유의 사용이 보편화되고 있는 반면 탄소섬유의 높은 생산단가로 인하여 보급화가 어려우며, 공급보다 높은 수요로 인하여 탄소섬유 생산 시설에 대한 많은 투자가 이루어지고 있다. 그로인하여 탄소섬유복합재에서 탄소섬유를 재활용시키기 위한 연구에 관심이 높아지고 있다. 탄소섬유복합재는 일반적으로 탄소섬유와 열경화성수지로 이루어지며, 수지와 탄소섬유의 높은 접합으로 인하여 분리가 어려워 재활용에 어려움이 있어, 대부분 소각과 매립을 하고 있는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열분해법을 이용하여 탄소섬유복합재에서 탄소섬유를 재활용함으로써 버진(virgin) 탄소섬유에 비하여 낮은 생산단가의 재활용 탄소섬유를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 재활용 탄소섬유복합재에서 탄소섬유를 제조하는 방법에 있어서, (a) 탄소섬유복합재를 반응기체로 충전된 가열 장치에 투입하는 단계; (b) 상기 가열 장치 내부의 온도가 400 내지 600℃가 되도록 가열하는 단계; (c) 상기 가열 장치 내부의 온도가 400 내지 600℃에서 10~60분으로 유지하여 수지를 열분해하는 단계; (d) 열분해 후 상기 수지의 차(char)를 제거하기 위하여 상기 가열 장치 내부에 산소를 투입하는 단계; 및 (e) 상기 가열 장치 내부의 온도를 상온까지 냉각시키는 단계를 포함하는 탄소섬유복합재의 열분해를 이용한 탄소섬유 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 탄소섬유 제조방법은 상기 단계 (c)에서 상기 가열 장치 내부에 불활성 기체, 수증기 및 산소 중 적어도 하나를 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 산소는 상기 반응기체 전체의 5 ~ 100% 부피비율로 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 탄소섬유 제조방법은 상기 단계 (d)에서 상기 가열 장치 내부에 30 내지 120분간 상기 산소를 투입할 수 있다.
상기 단계(d)에서 상기 산소는 상기 반응기체 전체의 5 ~ 100% 부피비율로 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 탄소섬유 제조방법은 상기 단계 (d)에서 상기 가열 장치 내부의 온도를 400℃ 내지 600℃로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 탄소섬유 제조방법은 재활용 탄소섬유복합재에서 탄소섬유를 제조하는 방법에 있어서, (a) 탄소섬유복합재를 산소를 포함하는 반응기체로 충전된 가열 장치에 투입하는 단계; (b) 상기 가열 장치 내부의 온도가 400℃ 내지 600℃에서 60~180분으로 유지하여 수지를 열분해하고, 수지 열분해 이후 char를 산화시키는 단계; 및 (c) 상기 가열 장치 내부의 온도를 상온까지 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 탄소섬유복합재의 열분해를 이용한 탄소섬유 제조 방법을 통해 제조된 탄소섬유를 제공할 수 있다.
본 발명은 버진(virgin) 탄소섬유에 비해 낮은 생산단가의 재활용된 탄소섬유 제조를 구현할 수 있다. 또한 종래의 질산를 이용한 재활용 기술에 비하여 친환경적일 뿐만 아니라 공정비용을 낮출 수 있다.
또한, 본 발명은 종래 열분해법을 이용한 탄소섬유복합재 재활용 기술과 비교하여 수지의 차까지 완벽하게 제거하여 순도가 높은 탄소섬유를 제조할 수 있으므로 버진 탄소섬유를 대체할 수 있는 효과가 기대된다.
나아가 본 발명에 따라 제조된 재활용 탄소섬유는 각종 탄소섬유 강화 플라스틱의 강화제로서 각종 산업에 유용하게 상용될 수 있는 효과가 기대된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 탄소섬유복합재의 열분해를 이용한 탄소섬유 제조방법을 순차적으로 도시한 흐름도.
도 2는 도 1의 탄소섬유를 제조하기 위한 가열장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 탄소섬유복합재를 촬영한 주자전자현민경 사진.
도 4는 열분해 이후 탄소섬유복합재를 촬영한 주자전자현민경 사진.
도 5는 산화공정 이후 재활용된 탄소섬유를 촬영한 주자전자현민경 사진.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 탄소섬유복합재의 열분해를 이용한 탄소섬유 제조방법을 순차적으로 도시한 흐름도이고, 도 2는 도 1의 탄소섬유를 제조하기 위한 가열장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 탄소섬유복합재의 열분해를 이용한 탄소섬유 제조방법은 탄소섬유복합재를 반응기체로 충전된 가열 장치에 투입하는 단계(S100), 가열 장치 내부의 온도가 400 내지 800℃가 되도록 가열하는 단계(S200), 가열 장치 내부의 온도가 400 내지 800℃에서 10~60분으로 유지하여 수지를 열분해하는 단계(S300) 및 열분해 후 수지의 차(char)를 제거하기 위하여 가열 장치 내부에 산소를 투입하는 단계(S400) 및 가열 장치 내부의 온도를 상온까지 냉각시키는 단계(S500)를 포함할 수 있다.
먼저, 탄소섬유복합재를 준비한다. 도 3에 도시된 사진과 같이, 탄소섬유복합재의 크기는 열분해 공정에 영향을 주지 못하기 때문에 가열 장치 내부에서 회전에 지장을 주지 않을 정도로 내부 직경의 1/2의 크기로 분쇄한다.
다음으로, 가열장치 내에 분쇄된 탄소섬유복합재를 투입한다(S100). 이때, 가열 장치 내에 장착된 회전 밀폐식 금속튜브(30)의 내측에 탄소섬유복합재(10)를 투입한다. 금속튜브(30)은 외부의 회전장치를 통해 회전할 수 있다.
다음으로, 가열 장치 내부의 온도가 400 내지 800℃가 되도록 가열하는 단계(S200)는 금속튜브(30)의 외측에 형성된 가열수단을 이용하여 금속튜브(30)의 내부 온도가 400 내지 800℃가 되도록 가열한다.
여기서, 삽입되는 금속튜브(30)은 철, 알루미나, 알루미늄 등 다양한 재질이 가능하나 고온에서 회전시 금속튜브(30)의 내구성 문제를 해결하기 위하여 철재질이 바람직하다. 탄소섬유복합재의 열분해 조건이 400℃ 내지 800℃ 구간에서 이루어지기 때문에 이에 적합하도록 가열수단(20)은 SiC 발열체를 사용하며, 금속튜브(30)의 위,아래로 위치하게 하는 것이 바람직하다.
탄소섬유복합소재를 열분해하기 위해 금속튜브(30)를 가열하기 이전에 그 내부에 불활성 가스(질소, 아르곤), 수증기, 산소 등의 가스로 내부를 충진하여 승온 전 금속튜브(30) 내부를 안정화시킨다. 이후, 반응가스로 충진된 금속튜브(30)의 온도를 400℃ 내지 800℃로 가열시킨다.
이어서, 내부 온도가 400 내지 800℃가 된 상태에서 10~60분으로 유지하여 수지를 열분해한다(S300). 가열수단(20)을 통해 금속튜브(30)의 내부 온도가 활성 온도까지 상승하고 10~60분의 시간이 진행시킨다. 이는 탄소복합소재의 기지재인 에폭시의 분해가 짧은 시간 안에 이루어지기 때문이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 열분해 이후 수지가 탄소섬유에 남아있는 것을 확인할 수 있다.
열분해 온도는 400~800℃로 설정하며, 반응기체는 미리 금속튜브(30)내에 충진된 질소 또는 아르곤 등의 불활성 기체, 수증기 및 산소 중 적어도 하나를 사용한다. 이때, 열분해 온도가 400℃ 미만일 경우 탄소섬유복합재의 기지재인 에폭시의 열분해가 충분히 일어나지 않아, 다량의 에폭시 분해물이 탄소섬유에 남아 있어 재활용이 어렵다. 또한 800℃ 이상일 경우 탄소섬유가 수증기, 산소 등과 반응하여 산화되기 때문에 800℃ 미만에서 처리를 해야 한다. 그리고 공정 시간은 반응기체에 따라 다르지만 최소 30분 이상 이루어져야 하며, 질소는 제한 시간이 없으며, 수증기와 산소는 최대 60분을 넘지 않아야 한다.
여기서, 불활성 기체는 고온에서 탄소섬유의 물성을 유지시켜준다. 수증기를 사용할 경우 에폭시 분해물인 타르로 인한 금속튜브(30)의 오염이 줄어들어 장비의 수명 및 공정의 안정성을 강화 시켜준다. 또한, 열용량이 높아 다른 기체보다 단시간안에 열분해가 이루어지는 효과가 있다. 반응기체로 산소를 사용할 경우 반응기체 전체 중 산소의 비율은 5 내지 100부피%일 수 있으며, 특히 생산 단가를 낮추기 위하여 질소와 산소를 75 : 25 비율로 혼합 (공기)하여 사용할 수 있다. 산소를 사용할 경우 열분해 공정과 산화공정이 일원화 할 수 있어 공정이 단순화 할 수 있다. 하지만 공정시간이 증가함에 따라 제조된 탄소섬유의 물성이 약화가 된다.
이어서, 산화공정을 위하여 가열장치 내부에 산소를 투입한다(S400). 금속튜브(30) 내부에 산소를 투입하여 열분해 공정 이후 수지의 char를 제거한다. 이때 산소는 열분해 공정과 마찬가지로 반응기체로 산소를 사용할 경우 반응기체 전체 중 산소의 비율은 5 내지 100부피%일 수 있다. 산소가 투입되면 도 5에 도시된 바와 같이, 탄소섬유 표면에 남아있는 수지의 차(char)가 제거된다. 이때, 산화시간은 30분 내지 120분을 유지하는 것이 바람직하다. 산화시간이 30분 이하일 경우 수지의 차(char)가 남아있어 재활용된 탄소섬유를 얻을 수 없기 때문이며, 120분을 초과할 경우 시간동안 산화공정이 이루어질 경우 탄소섬유의 물성이 감소하게 된다. 이때, 산소를 투입하는 동안 금속튜브(30) 내의 온도는 400 내지 600℃로 유지하여 수지를 산화시킨다. 이는 400℃미만에서는 수지의 차가 산화되지 않아 재활용된 탄소섬유를 얻기 어려우며, 600℃이상에서는 탄소섬유가 산소에 의하여 산화되기 시작하기 때문이다.
마지막으로, 가열 장치 내부의 온도를 상온까지 냉각시켜 탄소섬유를 제조한다(S500).
이하에서는 상기 탄소섬유 제조방법을 수치범위 내의 실시 예를 설명하기로 한다.
<실시예 1>
탄소섬유복합소재를 불활성 분위기에서 고온화로의 온도를 500도 상승시키고 30분간 열분해하였다. 열분해 이후 400℃에서 산소를 30분 투입하는 산화공정을 통해 탄소섬유 표면의 차(char)를 제거하였다.
이때, 탄소섬유의 무게 변화와 재활용된 탄소섬유의 물성은 표 1에 나타내었다.
<실시예 2>
실시예 1과 비교하여 산화공정시 산소를 30분 대신에 60분간 투입한 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.
<실시예 3>
실시예 1과 비교하여 산화공정시 산소를 30분 대신에 90분간 투입한 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.
<실시예 4>
실시예 1과 비교하여 산화공정시 산소를 30분 대신에 120분간 투입한 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.
<실시예 5>
실시예 1과 비교하여 열분해 이후 금속튜브 내부의 온도를 400℃ 대신 500℃로 변경한 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.
<실시예 6>
실시예 5과 비교하여 산화공정시 산소를 30분 대신에 60분간 투입한 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.
실시예 7.
실시예 5과 비교하여 산화공정시 산소를 30분 대신에 90분간 투입한 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.
<실시예 8>
실시예 5과 비교하여 산화공정시 산소를 30분 대신에 120분간 투입한 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.
<실시예 9>
실시예 1과 비교하여 열분해 이후 금속튜브 내부의 온도를 400℃ 대신 600℃로 변경한 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.
<실시예 10>
실시예 9과 비교하여 산화공정시 산소를 30분 대신에 60분간 투입한 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.
<실시예 11>
실시예 9과 비교하여 산화공정시 산소를 30분 대신에 90분간 투입한 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.
<실시예 12>
실시예 9과 비교하여 산화공정시 산소를 30분 대신에 120분간 투입한 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.
<비교예>
탄소섬유복합재 제조에 사용된 Toray사의 T700 탄소섬유
상기 실시예 1 내지 12 및 비교예에서 제조된 재활용된 탄소섬유에 대하여 다음과 같은 시험을 실시하였다.
<시험예 1> 열분해 및 수지 산화 공정에서의 무게 변화
실시예 1 내지 12 및 비교예의 고정에서 열분해 및 수지 산화공정에 의한 탄소섬유의 무게변화를 측정하였다. 상기와 같이 제조된 탄소섬유의 무게를 [표 1]에 나타내었다.
열분해 온도
(℃)
열분해 시간
(분)
열분해 후 무게(%) 산화 온도
(℃)
산화 시간(분) 산화 후 무게 (%)
실시예 1 500 30 68.2 400 30 68.05
실시예 2 60 68.05
실시예 3 90 67.93
실시예 4 120 67.75
실시예 5 500 30 64.43
실시예 6 60 63.67
실시예 7 90 63.04
실시예 8 120 63.07
실시예 9 600 30 64.47
실시예 10 60 63.43
실시예 11 90 61.38
실시예 12 120 60.02
탄소섬유복합재의 수지 함유율은 36%이다. 따라서 산화 후 무게가 64% 이상일 경우 수지의 차가 탄소섬유 표면에 남아 있어 해리되지 않을 수 있으며, 64% 이하의 경우 탄소섬유가 산화되어 탄소섬유의 물성이 감소할 수 있다.
표 1에서와 같이, 산화시간이 일정할 경우 산화 온도와 따라 재활용된 탄소섬유의 무게가 감소하였으며, 산화 온도가 일정할 경우 산화 시간에 따라 재활용된 탄소섬유의 무게가 감소한 것을 확인할 수 있다. 400℃에서 재활용된 탄소섬유의 무게가 64% 이상으로 나타난 것으로 보아 수지의 차가 산화되지 않은 것을 확인 할 수 있다. 또한 600℃에서 재활용된 탄소섬유는 탄소섬유가 많이 산화된 것으로 확인되었다.
<시험예 2> 열분해 제조된 재활용된 탄소섬유의 인장강도
실시예 1 내지 10 및 비교예에서 재활용된 탄소섬유의 인장강도를 섬유인장강도 측정기를 이용하여 측정하였다. 상기와 같이 재활용된 탄소섬유의 인장강도를 [표 2]에 나타내었다.
인장강도(GPa)
실시예 1 X
실시예 2 X
실시예 3 X
실시예 4 X
실시예 5 4.25
실시예 6 4.11
실시예 7 4.04
실시예 8 3.87
실시예 9 4.09
실시예 10 3.95
실시예 11 3.82
실시예 12 3.68
비교예 4.9
X: 섬유가 해리되지 않아 측정이 불가능
400℃에서 재활용된 탄소섬유는 수지의 차가 많이 남아있어 탄소섬유가 해리가 되지 않아 인장강도 측정이 불가능하였다. 표 2에 나타난 바와 같이, 산화 온도가 일정하고 산화 시간이 길어질수록 인장강도가 낮아지므로, 산화 시간이 짧은 것이 더 바람직하다. 또한, 산화 시간이 일정할 경우 산화 온도가 높을수록 인장강도가 낮아지지만, 산화가능 온도가 높을수록 공정시간을 단축 시킬 수 있기 때문에 산화 온도와 시간을 모두 고려하여 공정을 설계하여야 한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따르면, 열분해공정과 산화공정을 단일화할 수 있다.
먼저, 탄소섬유복합재를 산소를 포함하는 반응기체로 충전된 도 2에 도시된 가열 장치에 투입한다. 이때, 반응기체에 포함된 산소는 전체 반응기체의 5 내지 100%일 수 있다.
이어서, 가열장치 내부의 온도를 400℃ 내지 600℃가 되도록 가열한다. 이후, 400℃ 내지 600℃로 약 60분 내지 180분동안 유지한다. 이를 통해, 에폭시를 열분해하고, 단일 공정에서 탄소섬유에 잔류하는 char를 산화시켜 탄소섬유를 얻을 수 있다.
여기서, 온도 유지 시간이 전반 약 30여분은 에폭시 열분해되기 위한 시간이고, 이후 약 30여분은 char를 산화시키기 위한 시간이므로 60분 이하의 시간일 경우 열분해 이후 산화시간이 부족하여 탄소섬유에 char가 포함되어 순도가 낮아질 수 있다.
또한, 가열장치의 내부온도가 400℃ 이하일 경우 상술한 바와 같이, 탄소섬유복합재의 기지재인 에폭시의 열분해가 충분히 일어나지 않아, 다량의 에폭시 분해물이 탄소섬유에 남아 있어 재활용이 어렵다. 또한 800℃ 이상일 경우 탄소섬유가 산소와 반응하여 산화되기 때문에 800℃ 미만에서 처리를 해야 하며, 특히 60분 내지 180분 동안 내부 온도를 유지해야 하므로 600℃ 이하로 유지하는 것이 바람직하다.
가열 장치 내부 온도가 400℃ 내지 600℃인 상태에서 180분을 초과할 경우 char의 산화 이후, 탄소섬유가 산화될 수 있으므로, 180분을 초과하지 않는 것이 바람직하다.
이후, 가열 장치 내부의 온도를 상온까지 냉각시켜 탄소섬유를 얻는다.
이상, 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
10: 10
20: 가열수단
30: 금속튜브

Claims (8)

  1. 재활용 탄소섬유복합재에서 탄소섬유를 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 탄소섬유복합재를 반응기체로 충전된 가열 장치에 투입하는 단계;
    (b) 상기 가열 장치 내부의 온도가 400℃ 내지 800℃가 되도록 가열하는 단계;
    (c) 상기 가열 장치 내부의 온도가 400℃ 내지 800℃에서 10~60분으로 유지하여 수지를 열분해하는 단계;
    (d) 열분해 후 상기 수지의 차(char)를 제거하기 위하여 상기 가열 장치 내부에 산소를 투입하는 단계; 및
    (e) 상기 가열 장치 내부의 온도를 상온까지 냉각시키는 단계를 포함하되,.
    상기 단계 (c) 에서
    상기 가열 장치 내부에 불활성 기체, 수증기 및 산소 중 적어도 하나를 투입 또는 질소와 산소가 75 : 25의 비율로 혼합된 가스를 투입하는 단계를 더 포함하고,
    상기 단계(d)에서,
    상기 가열 장치 내부에 30분 내지 120분간 상기 산소를 투입하고, 400℃ 내지 600℃에서 30~120분동안 유지하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유복합재의 열분해를 이용한 탄소섬유 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계(c)에서
    상기 산소는 상기 반응기체 전체의 5 ~ 100% 부피비율로 투입하는 단계를 더 포함하는 탄소섬유복합재의 열분해를 이용한 탄소섬유 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 (d)에서
    상기 산소는 상기 반응기체 전체의 5 ~ 100% 부피비율로 투입하는 단계를 더 포함하는 탄소섬유복합재의 열분해를 이용한 탄소섬유 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항, 제3항 및 제5항 중 어느 하나의 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 재활용된 탄소섬유.
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ES2758184A1 (es) * 2020-02-11 2020-05-04 Efesto Green Reactors S L Instalación para reciclado de materiales compuestos con refuerzo de fibra de carbono y/o fibra de vidrio y procedimiento para la puesta en práctica de la instalación.

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008285600A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Hideto Itatsu 炭素繊維の再生処理装置
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008285600A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Hideto Itatsu 炭素繊維の再生処理装置
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