[发明专利]一种碳纤维增强复合材料废弃物再生碳纤维方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维增强复合材料废弃物回收利用领域，具体是一种碳纤维增强复合材料废弃物再生碳纤维方法，开发了一种低能耗、大尺寸CFRP 高效回收的新方法。具体方法是在常温常压下将碳纤维增强复合材料浸泡在浓硫酸或其渗透降解剂中，使树脂基体溶胀降解，分离出碳纤维或其填料，经洗涤干燥后制得再生碳纤维，应用领域涉及城市水处理、船舶低碳减重、智网电力装备、船艇海上旅游、海洋防腐和海水淡化、冶金钢铁电力脱硫、煤石矿井的开采防腐和安全、风电、车辆低碳、建筑节能和装饰装修等领域。

背景技术

碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics，亦称作CFRP），是由碳纤维和有机树脂结合而成的复合材料，即碳纤维增强塑料，具有密度小、比强度和比模量高，耐疲劳强度高、破损安全特性好等特点，应用非常广泛[Sun M.L.Principle and technology of epoxy applications [M]. Beijing: Machinery Industry Press，2002]。

碳纤维增强复合材料按基体分类，主要分两大类：一类是热固性基体，如常见的环氧树脂、非饱和聚酯树脂；另一类是热塑性基体，如常见的尼龙、聚醚乙醚酮树脂。这两类基体材料有许多不同的性质。热塑性基体是利用树脂的融化、流动、冷却、固化的物理状态的变化实现的。其物理状态的变化是可逆的，即再成型、加工是可能的。与此相比，热固性基体的成型是利用树脂分子间的化学反应（架桥反应）、固化后形成交联网状结构，其过程是不可逆的。具有不溶不熔的特性，因此其回收非常困难。

随着碳纤维复合材料日益广泛的应用，所产生的热固性树脂废旧物与日俱增,一方面给环境带来了巨大的压力,另一方面复合材料中含有高价值的碳纤维成分,如果对复合材料进行简单堆积或掩埋处理，就会造成资源的浪费和环境的污染，因而热固性树脂及其复合材料的回收日益受到学术界和工业界的关注。涉及的方法主要包括物理法和化学法两种，其中物理法主要采用机械粉碎回收，化学法主要包括热解法和溶剂法、超／亚临界流体技术、绿氧化法和源头设计法等。

机械粉碎回收法作为比较早被研究的一种物理回收方法，主要依靠机械设备，通过机械力将热固性树脂及其复合材料碾碎、压碎或切碎等方式，获得尺寸不一的块体颗粒、短纤等物质，具有工艺简单、不产生污染物等优点。

高温热解法是在空气或惰性气体环境中利用热量使热固性树脂降解的方法。回收过程充分利用降解产生的热量，不仅可得到填料颗粒和表面干净的纤维材料，还可以得到有机液体燃料。

流化床热解法作为一种比较新颖的回收技术，是通过高温的空气热流对热固性树脂基复合材料进行高温热降解，与前面的热处理类似，但是工艺设备不同。处理过程充分利用降解过程产生的热量，通过旋风分离器得到填料颗粒和表面干净的纤维。微波热解法是指材料在微波腔内受微波热辐射作用发生降解的处理方法。溶剂法中硝酸作为一种强氧化剂对降解胺类固化剂固化的 EP效果明显，可在较短的时间和较低的温度下回收得到表面无树脂残留的纤维。Y. Sato 等[Sato Yoshiki. Monomert recycling of thermotting resins [C].The 1st international symposium on feedstock recycling of plastics，Sendai，1999.] 在 2.0 MPa 氮压下，在四氢萘或十氢萘中，430-450℃加热 60 min，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料与聚氨酯及其泡沫液相裂解转化率均相当高。马金焕[胺类固化环氧树脂的解聚机理及CFRP回收技术研究,工学硕士学位论文,2010，哈尔滨工业大学]采用常压溶剂法解聚胺类固化环氧树脂及其复合材料, 是以硝酸为介质，在95℃8 mo l / L硝酸分解液的作用下，23 h后复合材料中树脂的解聚率达99.18 %；CN 102391543 A是将碳纤维增强环氧树脂复合材料切割成体积小于5 cm³的块体置于装有酸液的回流装置中,以该酸液沸点温度加热5~30 min后,再加入有机溶剂和氧化剂在密封反应釜在50~300℃溶解树脂再生碳纤维的回收方法。