一种碳纤维回收再利用的回收方法

技术领域

本发明涉及碳纤维回收方法技术领域，具体涉及一种碳纤维回收再利用的回收方法。

背景技术

碳纤维增强复合材料(CarbonFibreReinforcedPolymer,简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，它同时具有基体材料和增强材料优异性能。CFRP所用的基体树脂可以分为两大类型：热固性树脂和热塑性树脂。二者中以热固性树脂为主，热固性树脂中又以环氧树脂为主。这不仅是因为环氧树脂与碳纤维的界面结合强度好，可调节各种性能的需要，又是不同工艺方面的要求所致。CFRP具有轻质高强、比模量大、电性能优良、耐腐蚀性能好、绝热性优异和减震性能好等优点。

传统的CFRP废弃物处理方法为露天掩埋和焚烧，这种方法不仅会严重污染环境，而且经济和社会效益都不好。一方面没有使碳纤维得到循环使用，没有从根本解决目前大量CFRP废弃物高效、循环利用的目的；另一方面也会对环境造成巨大的破坏，不能实现生态上的可持续发展，为此，我们提出一种碳纤维回收再利用的回收方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种碳纤维回收再利用的回收方法以满足市场的需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碳纤维回收再利用的回收方法，包括以下步骤：

S1：碳纤维复合材料废弃料预处理：将碳纤维复合材料废弃料切割成30±3cm长的块状物，称重，自动送料至反应釜中；

S2：调配化学降解溶剂：所述化学降解溶剂为苯甲醇、烷基苯磺酸溶液或四氢呋喃溶液或者混合溶液，所述化学降解溶剂中还包括过氧化氢和氢氧化钠，所述过氧化氢的浓度为1％～4％，所述氢氧化钠的浓度为3％～5％，所述有机溶剂的浓度为20％～85％；

S3：对碳纤维废弃料进行电化学反应预处理：将所调配的化学降解溶剂倒入反应釜中，将溶剂液体作为阳极，碳纤维废弃料和导电材料作为阴极，与电源连接，将所述碳纤维废弃料以及负极导电材料置于电解液中，形成电化学反应体系，启动所述电源，使得作为阴极的碳纤维废弃料发生电化学反应，碳纤维废弃料得到初步降解；

S4：对上述预降解后的物料进行深度降解：采用微波对所述反应釜进行预加热，微波功率调节至2-10KW，使釜内温度升至50-120℃，并保温1-15min，之后在反应釜夹套中通入压力为3～5bar的蒸汽，保温保压10～120min，得到降解产物；

S5：回收碳纤维：将电解液蒸馏回收后，得到回收的溶剂产物，将降解后的碳纤维洗至中性，进行洗涤干燥后，即可得到回收的碳纤维；

S6：碳纤维处理：将所得的碳纤维进行剥离后卷取，并赋予上浆剂。

作为一种优化的技术方案，所述反应釜为电解高压反应釜。

作为一种优化的技术方案，所述碳纤维复合材料废弃料为碳纤维树脂基材料废弃料，所述碳纤维复合材料废弃料的基体树脂为热固性树脂，包括环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂，所述碳纤维树脂基材料废弃料的碳纤维包括PAN基碳纤维和沥青基碳纤维。

作为一种优化的技术方案，所述碳纤维树脂基材料废弃料与所述化学降解溶剂的体积比小于等于1:1。

作为一种优化的技术方案，所述回收得到的碳纤维的形态包括连续纤维、长纤维、短切纤维、粉末纤维和碳纤维织物。

作为一种优化的技术方案，所述电解液为液体电解液或者固体电解液，所述液体电解液为氯化钠溶液，所述固定电解液为使用河沙的混凝土。

作为一种优化的技术方案，在电解液中加入沉淀剂，所述沉淀剂为乙酸乙酯、氯仿、乙腈或环己烷中的一种。

作为一种优化的技术方案，所述电化学反应的反应容器材质为耐腐蚀的锆材、钛材、蒙乃合金或哈氏合金。

作为一种优化的技术方案，在电化学反应时，电流密度为30A/m2，进行电化学反应的时间为3天。

本发明所具有的有益效果是：

相比现有技术，本发明对碳纤维废弃料先进行降解处理，之后降解得到的产物进行电化学反应处理，得到带回收的碳纤维材料，两次降解和反应能够大大提高碳纤维的回收效率，同时降解条件相对温和，且降解过程不产生废弃物，所用溶剂和电解液可以重复利用，能够减少回收工艺中对环境的破坏，减少回收成本，提高企业的经济效益。

附图说明

图1是本发明提出的一种碳纤维回收再利用的回收方法的流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

所选废弃的碳纤维复合材料废弃料中碳纤维为东丽T700，纤维单丝拉伸强度为4.90GPa，树脂基体为4,4'-二氨基二苯甲烷环氧树脂，碳纤维为PAN基碳纤维，碳纤维的形态为连续纤维，其中碳纤维重量含量60％。

本实施例提供的一种碳纤维回收再利用的回收方法，具体步骤如下：

S1：碳纤维复合材料废弃料预处理：将碳纤维复合材料废弃料切割成27cm长的块状物，称重，自动送料至反应釜中；

S2：调配化学降解溶剂：所述化学降解溶剂为苯甲醇、烷基苯磺酸溶液或四氢呋喃溶液或者混合溶液，所述化学降解溶剂中还包括过氧化氢和氢氧化钠，所述过氧化氢的浓度为1％，所述氢氧化钠的浓度为3％，所述有机溶剂的浓度为20％；

S3：对碳纤维废弃料进行电化学反应预处理：将所调配的化学降解溶剂倒入反应釜中，将溶剂液体作为阳极，碳纤维废弃料和导电材料作为阴极，与电源连接，将所述碳纤维废弃料以及负极导电材料置于电解液中，形成电化学反应体系，启动所述电源，使得作为阴极的碳纤维废弃料发生电化学反应，碳纤维废弃料得到初步降解；

S4：对上述预降解后的物料进行深度降解：采用微波对所述反应釜进行预加热，微波功率调节至2KW，使釜内温度升至50℃，并保温1min，之后在反应釜夹套中通入压力为3bar的蒸汽，保温保压10min，得到降解产物；

S5：回收碳纤维：将电解液蒸馏回收后，得到回收的溶剂产物，将降解后的碳纤维洗至中性，进行洗涤干燥后，即可得到回收的碳纤维；

S6：碳纤维处理：将所得的碳纤维进行剥离后卷取，并赋予上浆剂。。

根据ASTM-D3379标准，对碳纤维进行单丝拉伸测试，得到单丝拉伸强度为4.60Gpa，强度保持率为93.9％。

在本实施例中，反应釜为电解高压反应釜，碳纤维复合材料废弃料为碳纤维树脂基材料废弃料，碳纤维复合材料废弃料的基体树脂为热固性树脂，包括环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂，碳纤维树脂基材料废弃料的碳纤维包括PAN基碳纤维和沥青基碳纤维，碳纤维树脂基材料废弃料与所述化学降解溶剂的体积比小于等于1:1，回收得到的碳纤维的形态包括连续纤维、长纤维、短切纤维、粉末纤维和碳纤维织物，电解液为液体电解液或者固体电解液，液体电解液团委氯化钠溶液，固定电解液为使用河沙的混凝土，在电解液中加入沉淀剂，沉淀剂为乙酸乙酯、氯仿、乙腈或环己烷中的一种，电化学反应的反应容器材质为耐腐蚀的锆材、钛材、蒙乃合金或哈氏合金，在电化学反应时，电流密度为30A/m2，进行电化学反应的时间为3天。

实施例2

所选废弃的碳纤维树脂基复合材料中碳纤维为东丽T700，纤维单丝拉伸强度为4.90GPa，树脂基体为4,4'-二氨基二苯甲烷环氧树脂，碳纤维为PAN基碳纤维，碳纤维的形态为长纤维，其中碳纤维重量含量60％。

本实施例提供的一种碳纤维回收再利用的回收方法，具体步骤如下：

S1：碳纤维复合材料废弃料预处理：将碳纤维复合材料废弃料切割成30cm长的块状物，称重，自动送料至反应釜中；

S2：调配化学降解溶剂：所述化学降解溶剂为苯甲醇、烷基苯磺酸溶液或四氢呋喃溶液或者混合溶液，所述化学降解溶剂中还包括过氧化氢和氢氧化钠，所述过氧化氢的浓度为3％，所述氢氧化钠的浓度为4％，所述有机溶剂的浓度为60％；

S3：对碳纤维废弃料进行电化学反应预处理：将所调配的化学降解溶剂倒入反应釜中，将溶剂液体作为阳极，碳纤维废弃料和导电材料作为阴极，与电源连接，将所述碳纤维废弃料以及负极导电材料置于电解液中，形成电化学反应体系，启动所述电源，使得作为阴极的碳纤维废弃料发生电化学反应，碳纤维废弃料得到初步降解；

S4：对上述预降解后的物料进行深度降解：采用微波对所述反应釜进行预加热，微波功率调节至6KW，使釜内温度升至80℃，并保温8min，之后在反应釜夹套中通入压力为4bar的蒸汽，保温保压80min，得到降解产物；

S5：回收碳纤维：将电解液蒸馏回收后，得到回收的溶剂产物，将降解后的碳纤维洗至中性，进行洗涤干燥后，即可得到回收的碳纤维；

S6：碳纤维处理：将所得的碳纤维进行剥离后卷取，并赋予上浆剂。

其余同实施例1。

根据ASTM-D3379标准，对碳纤维进行单丝拉伸测试，得到单丝拉伸强度为4.47Gpa，强度保持率为91.2％。

实施例3

所选废弃的碳纤维树脂基复合材料中碳纤维为东丽T700，纤维单丝拉伸强度为4.90GPa，树脂基体为4,4'-二氨基二苯甲烷环氧树脂，碳纤维为PAN基碳纤维，碳纤维的形态为短切纤维，其中碳纤维重量含量60％。

本实施例提供的一种碳纤维回收再利用的回收方法，具体步骤如下：

S1：碳纤维复合材料废弃料预处理：将碳纤维复合材料废弃料切割成33cm长的块状物，称重，自动送料至反应釜中；

S2：调配化学降解溶剂：所述化学降解溶剂为苯甲醇、烷基苯磺酸溶液或四氢呋喃溶液或者混合溶液，所述化学降解溶剂中还包括过氧化氢和氢氧化钠，所述过氧化氢的浓度为4％，所述氢氧化钠的浓度为5％，所述有机溶剂的浓度为85％；

S3：对碳纤维废弃料进行电化学反应预处理：将所调配的化学降解溶剂倒入反应釜中，将溶剂液体作为阳极，碳纤维废弃料和导电材料作为阴极，与电源连接，将所述碳纤维废弃料以及负极导电材料置于电解液中，形成电化学反应体系，启动所述电源，使得作为阴极的碳纤维废弃料发生电化学反应，碳纤维废弃料得到初步降解；

S4：对上述预降解后的物料进行深度降解：采用微波对所述反应釜进行预加热，微波功率调节至10KW，使釜内温度升至120℃，并保温15min，之后在反应釜夹套中通入压力为5bar的蒸汽，保温保压120min，得到降解产物；

S5：回收碳纤维：将电解液蒸馏回收后，得到回收的溶剂产物，将降解后的碳纤维洗至中性，进行洗涤干燥后，即可得到回收的碳纤维；

S6：碳纤维处理：将所得的碳纤维进行剥离后卷取，并赋予上浆剂。。

其余同实施例1。

根据ASTM-D3379标准，对碳纤维进行单丝拉伸测试，得到单丝拉伸强度为4.51Gpa，强度保持率为92.0％。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。