[发明专利]一种碳纤维复合材料回收碳纤维的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种回收碳纤维的方法，尤其涉及一种从碳纤维复合材料中回收碳纤维的方法。

背景技术

碳纤维增强树脂复合材料具有比强度高、比模量高、耐热性和耐腐蚀性等优异性能，因而被广泛应用于航空航天领域、高尔夫球杆/网球拍等体育休闲领域以及汽车/风力发电/电子电器/医疗器械等工业领域。

在生产制造阶段产生的边角料或者使用寿命结束时的报废产品等碳纤维增强树脂复合材料废弃料都存在处理的问题。碳纤维增强树脂复合材料在燃烧的方式只能烧去树脂，碳纤维仍然作为残渣残留，因此碳纤维增强树脂复合材料废弃物通常作为不可燃固体废物，通过填埋方式处理。填埋既造成土地资源浪费，又造成周边环境的恶化。此外，碳纤维增强树脂复合材料中含有高价值的碳纤维，填埋的方式无疑会造成碳纤维资源的巨大浪费。

现有技术已经公开了多种对废弃碳纤维增强树脂复合材料中的树脂进行分解，使其中的碳纤维被分离出来，从而实现碳纤维回收的方法。

现有技术已经公开的树脂的分解方法包括热分解、无机强酸分解、有机溶剂分解及亚/超临界流体分解等。有机溶剂分解回收得到干净的碳纤维，但是回收过程中使用大量的有机溶剂，可能对环境产生污染，使用后的溶剂分离(分液、萃取、蒸馏等)操作过程复杂，导致回收导致成本高较高，并且该方法中对碳纤维增强树脂复合材料基体树脂的种类、甚至固化剂的种类有选择性，并非适合所有的基体树脂。由于环氧树脂较低的耐酸性，利用硝酸等强腐蚀性酸可对环氧树脂进行降解，可回收得到表面干净的碳纤维。但是硝酸等强酸由于腐蚀性强，对反应设备的要求较高，且对操作的安全系数要求较高，反应后处理较难。超临界水处理方法虽然具有清洁无污染的特点，但是需要在高温高压的反应条件下进行，对反应设备的要求较高，且降解后的产物与水混合在一起，不易分离。而超临界醇类等流体虽然反应条件较超临界水温和，但仍然属于高温高压反应。这些方法目前还处于实验室阶段或者中试阶段，离真正工业化还有一段距离。

现有技术已经公开的最具有工业化可行性的是热分解处理废弃碳纤维增强树脂复合材料的方法，热分解方法包括流化床法和裂解法。其中的流化床法是将废弃碳纤维增强树脂复合材料置于热空气中分解，该方法对处理掺杂金属等异质碳纤维增强树脂复合材料废弃物效果较好，并且能够连续操作。但是回收得到的碳纤维因氧化反应严重，并且因在反应器、分离器等中剧烈运动撞击。所以力学性能下降比较严重，且该方法操作较为复杂。裂解法是将废弃碳纤维增强树脂复合材料置于氮气、氦气等惰性气体氛围中热分解的方法，工艺操作简单，但是回收得到的碳纤维表面易结碳，并且传统的加热炉加热的方式，因内、外反应不同步而致使获得的碳纤维的性能不均一，所回收的碳纤维性能也会大大降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对技术现状提供一种能获得性能均一的碳纤维材料的碳纤维复合材料回收碳纤维的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种碳纤维复合材料回收碳纤维的方法，包括如下步骤：

步骤1，将碳纤维复合材料放置于微波炉内，在保护气氛中，对所述碳纤维复合材料进行辐照加热处理，所述碳纤维复合材料在微波炉内发生降解反应，所述保护气氛为惰性气体或惰性气体与氧气的混合气体，在所述混合气体中，氧气含量小于或等于20v％，其中v％为体积百分比，例如氧气含量为5v％、10v％、15v％；

步骤2，降解反应完成后，所得的固态产物即为回收后的碳纤维。

碳纤维复合材料在微波炉内发生裂解反应后，碳纤维复合材料的基体树脂已完全裂解，产物分为裂解气化物(若降解反应时间较短，基体树脂的降解产物为液态)和固态产物，其中，固态产物即为回收后的碳纤维。

优选的，所述微波炉的微波功率为1KW～100KW，例如2KW、10KW、20KW、50KW、70KW。在该微波功率下，碳纤维复合材料可以完全裂解。

进一步优选，所述微波炉的微波功率为1KW～50KW，例如5KW、10KW、20KW、30KW、40KW，优选微波功率为2KW～20KW。在该微波功率下，碳纤维复合材料可以裂解得更加充分，使得回收的碳纤维纯度更高。

优选的，步骤2中，降解反应的时间小于或等于1小时，优选降解反应时间为5s～30min，例如10s、60s、5min、10min、20min，进一步优选降解反应时间为10s～10min。热裂解时间如果大于1小时，将超过树脂完全被热裂解的时间，造成操作周期过长，浪费时间和加热能量，导致处理成本增加。