[发明专利]脉冲功率再循环含增强物和基体的复合材料的装置和方法

说明书

本发明涉及一种用于再循环碳纤维(5)的装置，该装置包括两个金属轨道(1、2)，碳纤维(5)被用于在所述两个金属轨道之间伸展；以及电流发生器(3)，所述电流发生器的端子与两个金属轨道(1、2)相连或用于与两个金属轨道(1、2)相连。当碳纤维(5)被布置在所述轨道(1、2)上时，该轨道(1、2)在短路时形成电极(1、2)。发生器(3)适用于在这两个轨道(1、2)之间输出功率大约为MW或大于MW的至少一种电流脉冲，该至少一种电流脉冲使得纤维与其树脂分离。本发明还提出了一种利用该装置实施的再循环方法。

技术领域

总体来讲，本发明涉及增强物/基体基复合材料的再循环。

具体地，本发明提出了一种装置和方法，该装置和方法通过将强脉冲电流注入穿过复合材料来再循环增强物/基体，并且本发明可有利地被用于再循环碳纤维基复合材料中。

背景技术

已知的是，特别就强度、杨氏模量和密度而言，碳纤维具有特别有益的机械性质。因此，碳纤维越来越多地被用在航空或相关领域(例如，制造大跨度且低重量的风力涡轮机叶片)中或被用于制造运动器材。

2012年，全球碳纤维生产能力为111785吨。到2016年，该产量将达到156845吨，并且到2020年，将达到169300吨。实际产量仅为这些标称能力的一部分，其中，在2012年，估计实际产量为标称能力的60％；在2016年，估计为68％；并且在2020年，估计为72％。与此同时，在2012年，对碳纤维的需求是47220吨。到2016年，该需求将达到74740吨，并且到2020年，将达到102460吨。这种产能过剩的情况将有助于维持有竞争力的价格。碳纤维复合材料的基体为72％环氧树脂(来源：PlusComposites Consortium)。

在2012年，16％的需求来自航空，62％的需求来自工业，并且其余的需求来自于其它部分(消费者)。

因此，碳纤维再循环正在成为重大挑战。

复合材料具有其组分自身所不具备的性质：强度、轻质、隔热、新的化学性质和机械性质等。

当然，该性能源自于基础材料的性质(增强物、基体和它们的相容性)。该产品适用于创新，并且能够开发新的市场。

因此，复合材料由增强物和基体组成。

增强物赋予复合材料机械强度，并且可为碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉尔(Kevlar)、铝或钛。

在复合材料制造中通常使用的基体是环氧树脂，并且通常也可使用碳、聚酯、乙烯基酯或聚酰胺。热固性或热塑性基体使得能够将力传递至更刚性且强度更高的增强物。

在航空中，使用高性能增强物以及同等高性能的基体。

然而，时至今日已知的再循环/再利用复合材料的主要技术并不能完全令人满意。

具体地，焚烧技术并不能回收材料；焚烧技术产生有毒气体并且充其量能够再利用能量。

超临界条件下的热解技术(在受控的温度和压力下，废弃物的热处理)和溶解分解技术(水、甲醇等)能够分解树脂或分离树脂和纤维。尽管如此，这些技术尤其是耗能的。此外，从500℃开始，纤维的表面开始分解，并且因此降低其机械性质。

本申请人提出了一种再循环方法(尤其是在本申请人的专利FR 2942149中)，该再循环方法可被用于各种类型的复合材料，并且尤其用于碳纤维。该方法采用数个连续的处理阶段：

产生机械震荡波的间接效应阶段；

利用电弧产生电磁脉冲的直接效应阶段，该电磁脉冲穿过放置有待再利用的材料的浴；以及最后

微波干燥的阶段。

发明内容