[发明专利]一种碳纤维复合材料再资源化的装置及方法

说明书

本发明提出了一种碳纤维复合材料再资源化的装置及方法，该装置包括输送单元和分解单元，输送单元将废弃的碳纤维增强树脂基复合材料输送至分解单元，表面涂覆有氧化物半导体涂层的蜂窝载体运动由分解单元中的控制单元实现，并形成“蜂窝载体‑碳纤维增强树脂基复合材料‑蜂窝载体”夹心结构。待复合材料中的树脂基体分解完全后，输送单元将回收的碳纤维运出，同时下一个待回收的复合材料输送至分解单元。本发明装置具有高效、连续化、低污染特点，可产业化应用于高性能碳纤维材料的回收与再利用。

技术领域

本发明涉及碳纤维增强树脂基复合材料回收与再生利用领域，具体涉及一种规模化地从废弃复合材料中回收高性能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。废弃的CFRP中包含有连续、性能优异的碳纤维材料。因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亟需解决的技术难题。

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。化学回收方法常采用硝酸、苯甲醇等溶剂，会对环境产生负面影响，超临界流体虽能回收性能优异的长纤维，但目前仍处于实验室阶段。目前，热解法是唯一商业化回收CFRP的主流方法之一，但回收的碳纤维表面存在积碳，影响碳纤维的再资源化性能，而且工艺条件苛刻，能耗较高。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明基于热活化氧化物半导体产生空穴的基本原理，提出了可规模化、低成本回收碳纤维增强树脂基复合材料的装置及方法。

本发明解决技术问题采用如下方案：

本发明碳纤维复合材料再资源化的装置，由输送单元一、输送单元二和分解单元构成，输送单元一和输送单元二可独立设置，也可分别通过四个六角头螺栓与分解单元连接。所述分解单元由支架、两个电热管、两个蜂窝载体、排气单元、控制单元以及输气单元构成，所述蜂窝载体、排气单元和输气单元都固定在支架上，所述控制单元分别连接蜂窝载体及输气单元。废弃的碳纤维增强树脂基复合材料通过输送单元输送至分解单元中，其中输气单元开始供应O₂，由控制单元对蜂窝载体进行运动控制，并形成“蜂窝载体-碳纤维增强树脂基复合材料-蜂窝载体”夹心结构，由排气单元向外排出CO₂和水分，待碳纤维增强树脂基复合材料分解完成后，夹心结构打开，输送单元将回收的碳纤维运出。

所述的两个输送单元均包括电机、减速器、传送带，所述电机固定在传送带一端，并与减速器通过联轴器连接，减速器与联轴器的滚筒芯轴通过联轴器连接。采用cc-56型棉帆布芯输送带，其运行速度为0.5m/s~1.0m/s；采用蜗轮蜗杆减速器，传动比为25~40；电机的额定功率为0.5kW~2kW，同步转速为1000r/min~2000r/min。

所述分解单元由支架、两个电热管、两个蜂窝载体、排气单元、控制单元以及输气单元构成。两个蜂窝载体、排气单元和输气单元均固定在支架上。所述控制单元分别连接蜂窝载体及输气单元。

所述的控制单元包括气缸、三位五通电磁阀、流量阀，由PLC或单片机来设定其运行程序。控制单元通过三位五通电磁阀和气缸与两个蜂窝载体连接来控制蜂窝载体运动，通过流量阀和输气单元相连接控制O₂流量。