[发明专利]一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法

说明书

技术领域

本发明属于纤维增强复合材料的回收再生利用领域，特别涉及一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料具有高的比强度和比模量，结构尺寸稳定和耐腐蚀性能好等优点，目前已广泛应用于航天航空、交通工具、电子工业等领域。当前，碳纤维增强树脂基复合材料的用量正在快速增长，其在国防安全、国民经济以及日常生活等方面有更加重要的作用。

尽管碳纤维增强树脂基复合材料有众多的优点，但是由于碳纤维不可降解，在达到使用寿命和更新周期后，大量废弃的碳纤维增强树脂基复合材料产品由于对环境产生污染而亟待处理。

当前碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法主要有：机械回收法、超临界法、热裂解法、强酸分解法等。机械回收法是在机械力的作用下粉碎复合材料，破坏纤维和树脂之间的界面结合力，从而使纤维从交联结构中剥离出来，但得到的碳纤维表面有大量的残留物，且纤维的力学性能损伤较大。

中国专利CN103333360A(公开日期为2013年10月2日)公开了一种超临界法回收碳纤维增强树脂基复合材料的方法，该方法将处理后的碳纤维增强树脂基复合材料放入增压至5～30MPa充满CO₂的反应釜中，并将反应釜中的温度加热到50℃～500℃，使树脂发生超临界反应而分解从而得到回收的碳纤维。该方法的优点是树脂基体的分解率大于95％，得到的碳纤维力学性能损失小于5％，且表面基本没有残留物质。缺点是需要在高温高压的反应条件下进行，对反应设备的要求较高，很难工业化。

中国专利CN103665427A(公开日期为2014年3月26日)公开了一种碳纤维增强树脂基复合材料热裂解回收方法，该方法将碳纤维增强树脂基复合材料放置在350℃～900℃的高温无氧惰性环境下，使得树脂基体发生热裂解反应，最终得到碳纤维。该方法的优点是提高了碳纤维的回收效率，减少了回收得到的碳纤维表面易结碳的现象从而提高了回收得到的碳纤维力学性能。缺点是需要高温和氮气保护下的无氧的惰性环境，能耗较大，不易工业化。也不能完全避免碳纤维表面结碳现象，碳纤维力学性能也有一定的下降。

中国专利CN1483754A(公开日期为2004年3月24日)公开了一种利用强酸分解废弃碳纤维增强树脂基复合材料的方法，该方法将碳纤维增强树脂基复合材料放入2mol/L～8mol/L的硝酸溶液中，加热到70℃～90℃使树脂在常压下分解，从而回收得到碳纤维。该方法的优点是没有高温高压条件，工艺流程简单，分解效率高，回收得到表面干净的碳纤维。缺点是：强酸的腐蚀性较高，对设备的要求高，对操作的安全系数要求较高，后反应处理难，对环境污染大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法，该方法克服现有回收技术所存在的污染大、能耗高、回收碳纤维力学性能低下等缺点。

本发明的一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法，包括：

(1)将废弃的碳纤维增强树脂基复合材料切成板状，得到碳纤维增强树脂基复合材料板，然后处理得到的复合材料板两端表面的树脂至碳纤维裸露；

(2)将步骤(1)中处理得到的碳纤维增强树脂基复合材料板在超声强化或微波强化的条件下，在电解液中进行老化处理；

(3)将步骤(2)中老化处理得到的碳纤维增强树脂基复合材料板中的裸露碳纤维与直流电源的阳极相连，石墨棒与直流电源的阴极相连，连通电源，在电解液中进行电化学反应，得到碳纤维，清洗，干燥，即可。

所述步骤(1)中树脂为酚醛树脂、环氧树脂、马来酸树脂、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸乙二酯。

所述树脂可选用热固性树脂或热塑性树脂。

所述步骤(1)中碳纤维增强树脂基复合材料板的厚度为2～4mm；碳纤维裸露的长度为1～2cm。

所述步骤(1)中处理的方法为：用砂纸打磨；其中，砂纸为棕刚玉砂纸、白刚玉砂纸或碳化硅砂纸，优选碳化硅砂纸。

所述步骤(2)中超声强化的条件为：频率范围为15KHz～60KHz，声压振幅有效值为2～26Mpa，超声变化为正弦变化；微波强化的条件为：波长范围为1mm～1000mm，频率为300MHz～30GHz，功率为30～600W。

所步骤(2)中老化处理的条件为：将打磨后的碳纤维复合材料板在温度为70℃～90℃的电解液中浸泡20h-40h，然后在温度为-30℃～-20℃的条件下放置1h-2h，之后放置在温度为100℃～120℃，湿度为60～90％的环境中4h-8h。