[发明专利]基于强化方式的高性能纤维增强树脂基复合材料回收方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料的回收方法，尤其涉及一种利用超临界法进行高性能纤维增强树脂基复合材料回收的方法，可用在高性能纤维增强树脂基复合材料的再资源化领域。

背景技术

高性能纤维增强树脂基复合材料因其优异的耐腐蚀、热稳定性、高强度和抗冲击性能，在航空航天、汽车、风电等多个领域得到了广泛应用，但是其在生产过程中产生的边角料、残次品、使用过程中破坏的结构件及超过使用期的报废品的回收与再生利用正在成为一个面临的关键问题。全世界复合材料的年产量超过500万吨，废弃物高达100万吨，而回收率仅为10%。对高性能纤维增强树脂基复合材料进行回收与再利用有经济和环境两大重要意义。高性能纤维的需求正急剧增长，如航空航天用碳纤维需求量将每年增加10%～17%，且因其高性能导致造价偏高，从而限制了高性能纤维在各个先进行业的应用与推广，因此，回收复合材料及生产废料中的高性能纤维，具有极强的经济意义；同时，树脂基体多为热固性塑料，不易分解，回收分解高性能纤维增强树脂基复合材料，不仅能获得可再利用的基体分解产物，而且能大大减小对环境的影响。

当前，对树脂基复合材料的回收方法大致可分为三类：机械回收法、能量回收法和化学回收法。机械回收法是在机械力的作用下粉碎复合材料，破坏纤维和树脂基体之间的界面结合力，从而使纤维从交联结构中剥离出来，经进一步的筛分得到富含基体树脂的粉末和纤维状产物，例如研磨与非聚合物浸渍下的低温研磨；机械回收法工艺简单、易于推广，但回收得到的纤维表面有大量的残余物，难以获得高价值、高性能的纤维材料，因此经济性有限；能量回收法是将复合材料通过焚化处理，将燃烧的热量转化为其它能量而加以利用的方法。能量回收法无法得到可再利用的纤维与其它材料；同时机械回收法和能量回收法容易对环境造成污染。

化学回收法是当前最主要的复合材料回收方法，其通过热解或化学试剂使复合材料中的树脂基体转化为小分子，从而实现碳纤维和基体材料的分离与回收。热解是目前工业应用最多的方法，但回收的碳纤维力学性能损失较大，仅为原始碳纤维强度的50-70%，且基体树脂的回收率低，降解产物中气体占50-60%，焦油占11-23%，可有效利用的烃油不超过30%。化学试剂分解法同样得到了广泛应用：专利CN03132542.4公开了硝酸氧化回收环氧复合材料的方法，只能应用于胺固化的环氧复合材料，且工艺时间长，并易产生有毒物质；所用硝酸为强酸，高温下腐蚀性极强，对设备和环境要求较高，且生产危险性较高，较难推广应用。化学试剂分解法在纤维和树脂回收方面虽然都有较好效果，但所用溶剂多为有毒物质，且价格较高，在实际操作中也存在较大困难。同时，当前化学回收法的工作大多集中于复合材料的预浸料，其技术并不适用于复合材料的固化体系。专利CN201010122570.X，提出以水、酚类化合物碱金属催化剂为反应母液回收碳纤维增强环氧树脂基复合材料，置于200-350℃的反应釜内，且反应母液可多次使用。溶液法会产生大量废液，且反应过程产物不利于收集，液态产物需要进一步与有机溶剂进行分离；同时，操作过程较为繁琐，不利于提高效率。超临界法是一种新型的化学处理方法，利用高温高压下超临界CO2流体分解树脂基体，同时获得较高性能的回收纤维，但因其需要较高的温度和压力，能耗较高，阻碍了其进一步的应用。超临界CO2环氧树脂回收法，其所用温度压力较高，且只能针对碳纤维增强复合材料等，因其高温只能回收耐高温的纤维，且反应过程能耗较高。

发明内容

为解决现有技术所存在的不足，本发明提供了一种广泛应用于各种高性能纤维增强树脂基复合材料的基于强化方式的高性能纤维增强树脂基复合材料回收方法，以期可以在保证所回收纤维性能的同时达到降低能耗、节约成本的目的。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于强化方式的高性能纤维增强树脂基复合材料回收方法，其特点在于：所述强化方式包括超临界反应前强化和超临界反应过程强化；所述回收方法是按如下步骤进行：

步骤1：对高性能纤维增强树脂基复合材料进行预处理；将预处理后的高性能纤维增强树脂基复合材料加入反应釜中，然后再在反应釜中加入夹带剂，对所述反应釜内的物质进行超临界反应前强化1min-30min；