[发明专利]一种回收废旧碳纤维/环氧树脂复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子回收技术领域，涉及一种回收热固性复合材料的方法，尤其涉及的是一种溶剂法组合压力法回收废旧碳纤维/环氧树脂复合材料的方法。

背景技术

碳纤维/环氧树脂复合材料被大量应用于国防、军工、航空航天、建筑、交通运输与能源等多个领域,而且不断拓展到新兴的领域，例如：在储氢方法中，高压全缠绕复合材料气缸是目前应用最普遍的选择。随着该类复合材料在这些高新领域的应用的迅速增长，所产生的废旧物与日俱增，但是对碳纤维环氧树脂基复合材料的回收和再利用现状不容乐观，如果不进行回收将给环境带来巨大的污染。另外，碳纤维/环氧树脂复合材料中含有大量价格昂贵的碳纤维，开展废旧CF/EP复合材料的回收利用工作具有较大的经济意义，其回收再资源化逐渐引起了人们的关注。

目前，国内外传统的处理热固性复合材料有以下三种途径：

(1)材料物理粉碎，其回收的废料被纳入新一代的复合材料中；

(2)化学回收(例如通过热解)，其中聚合物的回收作为有机化合物，然后可以使用作为一种化学原材料；

(3)能量回收，通过燃烧的方式使复合材料中的卡路里得到有效的利用。其中传统处理碳纤维增强环氧树脂废弃物的主要方法是掩埋和焚烧，机械粉碎回收法。尝试热解法，溶剂降解法(例如：固化树脂可以通过酸处理溶解在有机溶剂中，Dang等人发现双酚F环氧树脂可以完全在硝酸溶液中分解，分解的产物与环氧树脂和固化剂再聚合生成再生树脂)等。

上述三种方法存在工艺繁琐，回收周期较长，高能耗，回收的碳纤维存在长度较小、表面残留物较多、性能损失较大等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种溶剂法组合压力法回收废旧碳纤维/环氧树脂复合材料的方法，该方法一步完成，可以克服上述现有技术的不足。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的回收废旧碳纤维/环氧树脂复合材料的方法，是一种利用溶剂法组合压力法来回收废旧碳纤维/环氧树脂复合材料，全过程只需一步，用无机酸与有机酸的组合酸、有机溶剂的组合溶剂以及组合氧化剂在高温高压下处理废旧碳纤维/环氧树脂复合材料，得到可分离的碳纤维和降解液。

所述的回收废旧碳纤维/环氧树脂复合材料的方法，包括以下步骤：

(1)将废旧碳纤维/环氧树脂复合材料切成合适的大小，备用；

(2)放入反应釜中，加入无机酸与有机酸的组合酸、有机溶剂的组合溶剂以及组合氧化剂，在温度为80-180℃、压力为1.0-1.4Mp下加热1.0-2.5h；

(3)利用离心机分离碳纤维和溶液；

(4)将碳纤维洗涤、干燥得到回收产物。

步骤(1)中，所述的废旧碳纤维/环氧树脂复合材料中，增强体碳纤维为PAN基碳纤维、黏胶基碳纤维、沥青基碳纤维中的一种。

步骤(1)中，所述的废旧碳纤维/环氧树脂复合材料中，基体环氧树脂采用缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线性脂肪族类环氧树脂、指环族类环氧树脂中的一种。

步骤(1)中，所述的废旧碳纤维/环氧树脂复合材料中，采用固化剂对基体环氧树脂进行交联固化，该固化剂采用二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺、N,N-二乙氨基丙胺、聚醚胺、聚酰胺中的一种，或几种的混合物。

步骤(2)中，所述的无机酸采用硝酸、磷酸、盐酸、硫酸中的一种。

步骤(2)中，所述的有机酸采用羧酸、磺酸、亚磺酸、硫羧酸中的一种。

步骤(2)中，所述的有机溶剂的组合溶剂采用甲苯、二甲苯、丙酮、醚类、醇类中的两种或多种。

步骤(2)中，所述的组合氧化剂采用过氧化氢、硝酸盐、多硝基化合物、高锰酸钾中的两种或多种。

本发明方法所得到的回收产物，其中环氧树脂的降解率为≥90％。

本发明采用溶剂法组合压力法回收废旧碳纤维/环氧树脂复合材料的方法，与传统其他方法相比有以下优点：

1.回收废旧碳纤维/环氧树脂复合材料处理时间短、效率高，具有工业化应用前景。

2.一步法完成，工艺简单。

3.树脂的降解率高(可高达90％以上)。

4.回收得到的碳纤维强度保留高，表面无明显缺陷。

总之，本发明方法步骤简洁高效、清洁环保，可以保证分离得到表面无明显缺陷的残留树脂极少的碳纤维。

具体实施方式