[发明专利]一种碳纤维增强树脂基复合材料回收制备碳/碳预成型体的方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维增强树脂基复合材料回收制备碳/碳预成型体的方法，该方法包括以下步骤：(1)将碳纤维增强树脂基复合材料在惰性气氛下进行预热解，使复合材料产生孔洞，得到预热解产物；(2)将增炭剂熔融液或含增炭剂的溶液充分浸入到预热解产物的孔洞内，取出并烘干；(3)将烘干后的含增炭剂的预热解产物在惰性气氛下进行热解，使树脂基体充分转化为沉积炭，得到碳/碳预成型体。本发明不仅通过增炭剂充分回收了树脂基体，使之转化为沉积炭，并且回收的碳纤维规整且力学性能不降级，由此制得的碳/碳预成型体可用于制备高附加值碳/碳复合材料和碳/陶复合材料，实现碳纤维增强树脂基复合材料正向开发高值再利用。

技术领域

本发明属于纤维增强树脂基复合材料的回收与再利用领域，具体涉及一种碳纤维增强树脂基复合材料回收制备碳/碳预成型体的方法。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料具有密度小、比强度和比模量高、耐疲劳性能好、耐热性好等特点，已被广泛运用于航空航天、高级汽车、核工业等尖端产品领域。在民用方面，碳纤维增强树脂基复合材料也逐步成为了能源、交通、化工、电力等领域必不可少的材料。

由于碳纤维增强树脂基复合材料的广泛运用，随之带来了大量的生产过程中边角料、结构损伤的复合材料、不满足力学性能等级的复合材料及服役结束后的复合材料。伴随碳纤维增强树脂复合材料的高强性能及耐腐蚀性特点，碳纤维增强树脂基复合材料处理变得非常棘手。通过焚烧、填埋传统处理方法不仅给环境带来污染，而且也造成树脂基体和高价值碳纤维的浪费。

为了减少碳纤维增强树脂基复合材料对环境的污染以及实现高价值碳纤维回收再利用，国内外研究人员提出了许多逆向回收碳纤维增强树脂基复合材料的方法，即通过回收工艺将碳纤维增强树脂基复合材料中的树脂基体与碳纤维分离，保证碳纤维表面尽可能不残留沉积炭，使回收纤维尽可能恢复到原始纤维的属性。这些回收方法主要包括有机溶剂分解法(CN201010122570.X；CN200610151145.7)、强酸分解法(CN03132542.4)、超临界流体分解法(Materials and Design,2010,31:999-1002.；Ind.Eng.Chem.Res.2010.49:4535-4541)以及热分解法(Compos.Sci.Technol.2000,60:509-523.；J.Anal.Appl.Pyrol.2003,70:315-338)。

有机溶剂分解法能够回收得到干净的碳纤维，然而在回收过程中需要使用大量的溶剂，回收成本较高，使用后的溶剂经过萃取分离回收操作复杂并且进一步推高了碳纤维增强树脂基复合材料的回收成本。该方法对碳纤维增强树脂复合材料树脂的种类以及固化剂具有选择性，有些树脂及固化剂不适合此法。另外，回收得到的树脂无法进行再利用。

强腐蚀酸对树脂具有降解作用，通过强酸分解法降解树脂可以得到干净的碳纤维，但由于强酸具有腐蚀性，因此对设备和安全操作系数要求都较高，另外，反应后的强酸后处理困难，回收得到的树脂无法进行再利用。

超临界流体分解法具有清洁无污染特点，但是超临界流体法需要在高温高压下进行，因此对设备的要求高，并且回收后的醇和水中含有大量的树脂，不易分离。

裂解法是目前唯一工业化的方法，复合材料中的聚合物被热解为分子量较低的氢气、烷烃、二氧化碳、烯烃、裂解油等，最后纤维得以回收。但由于回收得到的纤维表面上往往存有积炭，需要通过进一步氧化除炭，因此回收的碳纤维也被氧化损伤，其力学性能有所下降。