[发明专利]一种带有预处理方式的碳纤维增强树脂基复合材料回收方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料回收再生利用领域，具体涉及一种带有预处理方式的采用超临界流体技术回收碳纤维增强树脂基复合材料的方法，回收固体产物为力学性能优异的高纯碳纤维。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料在生产过程中产生的边角料、残次品、使用过程中破坏的结构件及超过使用期的报废品中含有大量昂贵的碳纤维，其回收与再生利用正在成为一个面临的关键问题。碳纤维增强树脂基复合材料是由增强体碳纤维和树脂基体复合而成的多相材料，因碳纤维和树脂基体的界面结合效应以及界面化学键的存在，碳纤维原丝经过编织或排布致使碳纤维与树脂基体结合紧密，很难分离，导致碳纤维回收再利用难度很大。

当前，对碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法主要有机械回收法、化学回收法和能量回收法，这三种方法均难以获得高价值、高性能的碳纤维材料。机械回收法是在机械力的作用下粉碎复合材料，破坏纤维和树脂基体之间的界面结合力，从而使纤维从交联结构中剥离出来，经进一步的筛分得到富含基体树脂的粉末和纤维状产物；能量回收法是将复合材料通过焚化处理，将燃烧的热量转化为其它能量而加以利用的方法；化学回收法是当前最主要的复合材料回收方法，其通过热解或化学试剂使复合材料中的树脂基体转化为小分子，从而实现碳纤维和基体材料的分离与回收。机械回收法工艺简单、易于推广，但回收得到的纤维表面有大量的残余物，纤维力学性能损伤较大，难以获得高价值、高性能的纤维材料。能量回收法无法得到可再利用的纤维与其它材料。化学回收法成本较高，纤维力学性能损失较大，且化学试剂对环境产生较大污染，难以形成回收产业链。

中国发明专利CN102181071A(公开日2011.9.14)提出了一种回收碳纤维增强环氧树脂复合材料的方法、中国发明专利CN 103333360A(公开日2013.10.02)提出了一种基于强化方式的高性能纤维增强树脂基复合材料回收方法，这两类回收方法均采用超临界CO₂流体复合液回收碳纤维复合材料中的高性能碳纤维。超临界CO₂流体主要使聚合产生溶胀、增塑以及降低其玻璃化转变温度，其对聚合物树脂基体的分解能力较小，并且上述方法在采用超临界流体回收碳纤维复合材料之前未采用一定的预处理方式降低碳纤维和树脂基体界面结合性能以及预先破坏树脂基体结构，以提高超临界CO₂流体在树脂基体中的质量扩散，因此，复合材料中的树脂基体不易被超临界CO₂流体分解，影响碳纤维的回收效率，而且超临界反应过程能耗较高。中国发明专利CN 101787145A(公开日2010.07.28)和CN 102115547A(公开日2011.07.06)提出了采用溶剂法回收碳纤维增强树脂基复合材料中的碳纤维，回收所得碳纤维的力学性能损失较大，且化学溶剂对环境造成一定的危害，难以形成产业化。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的回收效率低下、能耗高、回收所得碳纤维力学性能损失较大等不足之处，提供一种带有预处理方式的碳纤维增强树脂基复合材料回收方法，以期望可以提高碳纤维增强树脂基复合材料的回收效率，降低回收所得碳纤维表面的残余树脂基体含量，减少了碳纤维的力学性能损失，从而获得高纯、高品质碳纤维。

本发明解决技术问题采用如下方案：

本发明带有预处理方式的碳纤维增强树脂基复合材料回收方法，其特点在于按如下步骤进行：

步骤1、对碳纤维增强树脂基复合材料进行预处理

将碳纤维增强树脂基复合材料通过砂轮切割或水射流切割处理成体积为35mm×35mm×2mm—60mm×60mm×3mm的小块，将切割后的碳纤维增强树脂基复合材料经过湿热处理、循环加速老化处理或水射流冲击处理以改变碳纤维和树脂基体的界面结合性能并预先破坏树脂基体结构，获得预处理碳纤维增强树脂基复合材料，将所述预处理碳纤维增强树脂基复合材料加入反应釜中；

步骤2、配制复合液

将催化剂加入到有机溶剂中并搅拌均匀，获得复合液，所述复合液中催化剂的浓度为6×10^-5～5×10^-4mol/mL；将所述复合液加入到所述反应釜中，在反应釜中所述预处理碳纤维增强树脂基复合材料的质量与复合液的体积的比例为0.05g/mL-0.1g/mL；

步骤3、进行超临界反应