[发明专利]一种回收碳纤维增强树脂基复合材料的装置及其方法

说明书

本发明提出了一种回收碳纤维增强树脂基复合材料的装置及其方法，由氧气输送单元、回收单元以及热管构成；所述回收单元包括反应釜，用于盛放待分解的碳纤维增强树脂基复合材料和氧化物半导体，通过高温活化氧化物半导体对碳纤维增强树脂基复合材料进行分解，回收单元之间通过热管连通，用于将前一个回收单元中由于分解反应产生的热量回收并反馈给后一个回收单元作为能量来源，高温活化氧化物半导体在多个回收单元中分解碳纤维增强树脂基复合材料,并获得碳纤维材料。本发明可扩展性与实用性强，可产业化、高效率回收碳纤维增强树脂基复合材料。

技术领域

本发明涉及碳纤维增强树脂基复合材料及其制品生产过程中的边角料、使用期间破损的结构件以及处于生命周期末端的废弃复合材料的回收与再生利用领域，具体涉及一种高效、高值、可产业回收碳纤维的装置及方法。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber-reinforced plastic. CFRP)因其优异的耐腐蚀、热稳定性、高强度和抗冲击性能，在航空航天、战略武器、交通、医疗器械、体育用品、风电等多个领域得到了广泛的应用。随着CFRP应用领域的不断扩大，废弃的CFRP量也随之增长，废弃的CFRP主要来源于生产过程中产生的边角料、残次品以及使用过程中破损的结构件，以及生命周期末端废弃的CFRP制品。据预测，全球废弃CFRP制品至2020年可达到5万吨，其中碳纤维2.5万吨，每100千克航空CFRP中就有大约60-70千克的碳纤维。CFRP具有三维交联网络结构，无法再次熔融和二次成型加工，使得其回收和再利用成为国内外先进复合材料行业共同面临的一个难题。

CFRP回收方法主要有机械物理法、能量回收法、热回收法和化学回收法。通过机械物理法回收的碳纤维长度变短、实用价值不高；能量回收法不能获得可利用的碳纤维和其它材料。通过热回收方法回收的碳纤维表面存在积碳，力学性能损失较大且易受到工艺参数的影响。化学回收方法常采用硝酸、苯甲醇、氨水、乙二醇等作为反应介质，但大量溶剂的使用会对环境产生负面影响。

对于CFRP的回收与再生利用存在以下三个问题：

一、在现有回收方法中，可实现CFRP规模化回收的方法是热解法，但回收过程中产生的液相产物组分复杂，产物的后续处理困难，对环境二次污染严重；

二、应用能量回收法和机械回收法回收CFRP，CFRP的回收价值降低，不能获得连续并具有原有铺层结构的长纤维；

三、超临界流体虽能回收长纤维，目前只处于实验室阶段。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出采用高温活化氧化物半导体回收碳纤维增强树脂基复合材料的装置与方法，回收性能优异的具有原有编织结构的连续碳纤维，降低回收成本与环境影响性，实现碳纤维增强树脂基复合材料的产业化回收。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种半导体回收碳纤维增强树脂基复合材料的装置，由氧气输送单元、回收单元以及热管构成；所述氧气输送单元用于向单个回收单元提供定量的氧气；所述回收单元包括反应釜，用于盛放待分解的碳纤维增强树脂基复合材料和氧化物半导体，通过350℃~500℃高温活化氧化物半导体对碳纤维增强树脂复合材料进行分解；所述热管将多个回收单元相连，用于将前一个回收单元中由于分解反应产生的热量回收并反馈给后一个回收单元作为能量来源。

所述回收单元具体包括反应釜、支架、氧化物半导体、温度监测装置、电阻丝、液压控制装置、压力监测装置、安全阀、排气管；所述的液压控制装置包括液压缸、阀组、变量柱塞泵；所述反应釜的上盖、液压缸中的柱塞以及支架三者固连，在所述支架中盛放待分解的碳纤维增强树脂基复合材料。

所述上盖的快速下降、慢速与釜体闭合、快速打开三个过程由液压控制装置控制。

所述反应釜的上盖和釜体之间采用柔性石墨密封圈密封。