[发明专利]一种利用太阳能高效回收碳纤维的装置及方法

说明书

本发明提出了一种利用太阳能高效回收碳纤维的装置及方法，用于回收废旧碳纤维增强树脂基复合材料中的碳纤维，该装置由槽式聚光集热单元、加热反应单元、废气回收单元构成。槽式聚光集热单元用于收集并将太阳光聚焦到集热管上，并转化成所需的反应温度，加热集热管中预先放置的氧化物半导体粉末和废旧碳纤维增强树脂基复合材料的混合物，同时通入氧气，氧化物半导体粉末被活化产生氧化分解作用，将树脂基体分解为CO₂和H₂O，最终获得表面干净、力学性能优异的碳纤维。本发明可扩展性与实用性强，可产业化、高效率、低能耗、低成本回收碳纤维增强树脂基复合材料。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维的回收，尤其涉及一种废旧碳纤维增强树脂基复合材料中碳纤维的回收装置及方法。

背景技术

碳纤维（carbon fiber,简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维具有很多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好，良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。预计，全球废弃碳纤维增强树脂基复合材料制品至2020年可达5万吨，其中碳纤维2.5万吨以上，按平均价格200元／千克计算，价值约合人民币50亿元以上。每100千克航空碳纤维增强树脂基复合材料废弃物中，就有大约60～70千克的碳纤维。这些废料大多采用填埋的方式，占用了大量的工业和农业用地，一方面污染土地，另一方面浪费了资源。因为碳纤维的高性能，被大量应用到航空航天领域中。截止到2026年大约有6400架空客飞机达到使用寿命终结期，而波音公司也表示大约有5000多架飞机需要退役。这些碳纤维仍然具有极高的再利用价值，其力学强度和电、磁、热性能几乎与原有碳纤维相当，可用来重新制备高性能复合材料。

在2015年，CFRP废弃物回收及其再利用技术，被国家工信部确定为优先发展的产业关键共性技术205项之一。目前国内外针对碳纤维增强树脂基复合材料回收的技术研究还未成熟。而最大的阻碍在于高昂的回收生产成本，再生材料性能的降低和技术的不成熟。目前碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法主要包括能量回收法、机械回收法、热回收法和化学回收法。机械回收法的回收过程不会产生污染，但是回收得到的纤维结构受到极大的破坏，力学性能大大降低，回收后的利用率不高。真空裂解法技术已经比较完善，缺点就是回收的碳纤维表面有残留物附着。流体处理法则是无法适用于所有种类的复合材料，也不能完全去除混入原材料里的杂质。现有的回收装置也比较少，比如利用超临界流体法的回收装置，需要高压高温条件，操作困难，安全隐患较高。利用化学回收法的装置需要大量化学试剂，缺点就是反应液的后续处理复杂，反应时间太长，而且化学试剂会产生二次污染。

现有技术已经公开的回收碳纤维的方法有电化学法、流化床法等。CN201410751745.1公开了电化学分解回收得到干净的碳纤维，但是回收过程中反应一次需要3天至100天，电解反应速度缓慢，回收效率太低。CN201310451779.4公开了流化床分解得到碳纤维的方法，优点是不像传统的流化床技术中需要手动添加用于分离碳纤维的石英砂，最初添加后能够循环利用，不浪费时间并提高回收效率，缺点在于其需要配备鼓风机、空气加热器、螺旋输送机、筛分机等一系列机器，需要耗费大量的能源。

废旧碳纤维增强树脂基复合材料的回收具有很大的经济意义和环境意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出一种利用太阳能回收碳纤维的装置及方法，有效提高碳纤维的回收效率，利用新能源达到节能的效果，降低对环境的二次污染，尽可能还原碳纤维原有的力学性能，降低回收成本。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：