[发明专利]一种两步热处理回收碳纤维的方法

说明书

本发明属于碳纤维复合材料的回收领域，尤其涉及一种两步热处理回收碳纤维的方法。该方法包括预处理和精处理两个过程；所述预处理过程为：将碳纤维复合材料加热至450℃～600℃，并保持3～4小时，然后撤去热源，冷却；所述精处理过程为：将经过所述预处理的碳纤维复合材料加热至500℃～550℃，并保持2～3小时，然后撤去热源，冷却，最终得到的固态产物即为回收后的碳纤维。本发明的回收方法能够得到干净的、受损程度小的、长而有序的高附加值的碳纤维。所述碳纤维增强复合材料的尺寸和形状不受限制，能连续进行碳纤维的回收，且可以处理大尺寸的碳纤维复合材料，因而提高了回收效率，节约了资源，节省了回收成本。

技术领域

本发明属于碳纤维复合材料的回收领域，尤其涉及一种两步热处理回收碳纤维的方法。

背景技术

碳纤维增强高分子复合材料(Carbon fiber reinforced polymer composites，简称CFRP)具有密度小、比强度和比模量高、耐疲劳强度高、破损安全特性好等特点，被广泛应用于航空航天、汽车工业、风电产业、体育用品等行业。据预计，仅世界民用飞机市场对碳纤维的需求或将达到(2.0～3.0)×10⁴吨/年。此外，预计到2025年，全球总计将有超过8500架的商业飞机退役。在废弃的碳纤维复合材料中，热塑性树脂基碳纤维复合材料可通过制成切片再利用，而对热固性树脂回收的传统方法主要是深埋和焚烧，但热固性树脂基复合材料深埋后50～100年不能降解，对环境破坏严重；若对其进行焚烧处理则会产生大量烟尘、有害气体，污染环境。

目前回收CFRP的方法主要包括物理法、溶剂法和热解法。由于物理法需要对复合材料进行破碎，不能回收长纤维，因此该方法并不是高价值的长碳纤维复合材料的最佳回收方法。溶剂法在回收过程中会使用有机溶剂或强酸，亦或是在高温高压的条件下进行回收处理，不仅会产生环境污染，其中一些工艺还比较复杂，导致回收成本较高。热裂解法是目前唯一在商业化应用的碳纤维回收技术，但若控制不好热解法的工艺参数，则会对回收到的碳纤维的机械强度造成损害，同时，热解法受到热解炉体积限制，不能一次性处理大尺寸的碳纤维复合材。因此，将CFRP在相对合理的工艺下进行降解，回收到机械强度损失小的长碳纤维，不但可以缓解环境压力，减少行业污染，而且可以降低产品成本，具有重要的经济意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种两步热处理回收碳纤维的方法，其包括预处理和精处理两个过程；所述预处理过程为：将碳纤维复合材料(即背景技术提到的CFRP)加热至450℃～600℃，并保持3～4小时，然后撤去热源，冷却；所述精处理过程为：将经过所述预处理的碳纤维复合材料加热(优选放入炉膛内加热)至500℃～550℃，并保持2～3小时，然后撤去热源，冷却，即完成整个热处理回收碳纤维的过程，最终得到的固态产物即为回收后的碳纤维。

本发明对碳纤维复合材料先进行预处理，再进行精处理，通过对工艺的严格控制，能够得到干净的、受损程度小的、长而有序的高附加值的碳纤维。而且所述碳纤维增强复合材料的尺寸和形状不受限制，能连续进行碳纤维的回收，因而提高了回收效率。

其中，所述预处理过程中的冷却为将所述碳纤维复合材料冷却至30～60℃，优选所述冷却过程为自然降温。

其中，所述预处理过程中加热时的升温速率为10～30℃/min；和/或，所述预处理过程中的加热方式为太阳光聚光加热、电加热、红外线辐射加热或介质换热中的任一种；和/或，所述预处理过程中的加热气氛为有氧气氛或无氧气氛。

本发明提供了一种所述预处理过程的优选方案，即：在常温常压空气的加热气氛下，采用太阳光聚光加热的加热方式，以25℃/min的升温速率，将碳纤维复合材料加热至500℃，并保持3.5小时，然后自然冷却至50℃。

其中，所述精处理过程中的冷却为将所述碳纤维复合材料冷却至室温，优选所述冷却过程为自然降温。