[发明专利]一种废弃纤维增强复合材料的资源化利用方法

说明书

本发明公开了一种废弃纤维增强树脂复合材料的资源化利用方法，属于废弃物资源化利用领域；包括以下步骤：（1）将纤维增强复合材料切割成小块放入到硫酸溶液和催化剂的混合溶液中；（2）加热至80‑150˚C，待树脂完全溶解后，固液分离，得到改性纤维和滤液；（3）将滤液进行炭化还原方法得到磺化炭材料和二氧化硫；（4）将所述改性纤维粗品洗涤、烘干后，得到改性纤维成品。本发明利用催化剂和加热方式强化了硫酸溶解纤维复合材料中树脂的过程，实现了纤维和树脂材料的快速分离，减少了能量消耗，实现了低成本纤维复合材料的资源化回收处理。

技术领域

本发明涉及废弃物资源化利用领域，尤其涉及一种废弃纤维增强树脂复合材料的资源化利用方法。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料具有轻质、高强度、高比模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计和成型工艺性好等优点，在航空航天、体育器材、风电叶片、建筑补强、交通工具等领域得到了广泛应用。尤其是风电叶片及光伏基板方面，我国陆海风电装机倍增的同时将有超过3.3万台机组退役，风电叶片复合材料需求量和废弃量将同步迅猛增长。在废弃风电叶片复合材料的来源中，一种为生产过程中产生的废弃物，比如边角废料、过期的预浸料等，另一种为寿命达到使用年限的废弃物。不同来源的废弃物其组成也不同，废弃物中通常含有纸、热塑性树脂、胶粘剂、金属等杂质，这进一步加大了其回收处理的难度。据预测2025年、2030年退役风电叶片复合材料累积量将分别达到约2万吨和71万吨。由于该材料具有强度高、耐腐蚀性能优等特性，导致其处理和利用非常困难。

科学地回收风电叶片复合材料中的碳纤维具备较高的生态价值和经济价值，不仅可以减少环境污染，而且可以将废弃物再生作为二次资源，还可以缓解资源枯竭的巨大压力。要探索规范回收以及可循环、高值化的再生利用途径。因此，对风电叶片复合材料进行降解处理并回收碳纤维十分重要和必要。废弃风电叶片复合材料绿色低碳循环回收关键技术开发及工业示范是保障风电产业可持续发展、创新新兴产业固废利用模式的迫切需求。

废弃风电叶片复合材料的回收方法主要有物理回收、能量回收和化学回收。物理回收法主要是将废弃风电叶片复合材料破碎成颗粒或碾磨成粉末直接用作填料或添加到铺路材料、水泥中，这种方法处理方式简单、成本较低，但得到的大多数是低价值的再生产品，对于含有高价值纤维来说并不适用。能量回收是通过焚烧废弃纤维复合材料中的有机物并利用其能量的方法，该回收方法工艺简单，但是在焚烧过程中会释放有毒气体，造成二次污染。化学回收法既能得到高价值的纤维，又能将树脂作为材料或能量回收，是最适合处理废弃碳纤维复合材料的方法。化学回收法依据是否采用介质，主要包括热解法和溶剂分解法。

热解是利用高温将复合材料中的树脂分解成有机小分子从而回收纤维的方法。热裂解法不使用化学试剂，易于进行工业化放大，也是世界上唯一实现纤维复合材料回收商业化运营的方法。溶剂法是指利用溶剂和热的共同作用使聚合物中的交联键断裂，分解成低分子量的聚合物或有机小分子溶解在溶剂中，从而将树脂基体和增强体分离。CN202111045435.4通过咪唑盐类或者吡啶盐类离子液体和溶剂的混合溶液溶解树脂回收纤维；CN202010312567.8通过微波强化浓硫酸对碳纤维复合材料的树脂进行溶解并对碳纤维表面化学氧化处理，使树脂材料溶解于硫酸溶液中从而使碳纤维和树脂材料分离，得到碳纤维材料和含有树脂材料的硫酸溶液。

现有纤维复合材料回收存在能耗高、回收效率低、工艺复杂，反应条件苛刻等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种废弃纤维增强复合材料的资源化利用方法，利用硫酸溶液对于树脂材料的溶解性，同时对于纤维材料表面进行氧化的原理，通过在硫酸溶液中添加助催化性物质，使催化剂和硫酸溶液形成更稳定的负离子强化树脂C-O-C键断裂，通过加热的方式，进一步强化树脂溶胀和硫酸溶液及催化剂分子进入树脂聚合物分子间，加快树脂的溶解过程。

本发明采用的技术方案如下：一种废弃纤维增强复合材料的资源化利用方法，包括以下步骤：

（1）将纤维增强复合材料切割成小块放入到硫酸溶液和催化剂混合溶液中；