[发明专利]基于感应发热效应从碳纤维增强高分子材料中回收碳纤维的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用电磁感应效应对碳纤维增强高分子材料进行回收处理的技 术。

背景技术

近年来，碳纤维增强热固性高分子基高分子材料(CFRP)的应用愈加广泛，但因其 含有不溶不熔的热固性树脂，其废弃物的有效处理已经成为一个技术难题。无论是基于经 济还是环境方面考虑，从CFRP废弃物中回收碳纤维都极具吸引力。

到目前为止，从CFRP废弃物中回收碳纤维的方法主要有机械粉碎法、化学溶剂法、 热裂解法、超临界法等。这些方法虽各具有优点，但都存在不足之处，例如：机械粉碎法最终 只能得到高分子和碳纤维的混合碎屑，回收的附加值极低；超临界、热裂解法都需要专用的 耐压或者耐高温装置，这些装置的使用将会显著增加回收碳纤维的成本，而回收碳纤维的 价格是决定其未来市场的最重要的因素之一。虽然普通的化学溶剂法不需要专用的装置， 只要简单的加热装置就行，但这种方法在处理后会得到溶有高分子的有机溶剂废液或者硝 酸废液，废液的处理增加了回收的成本，而处理不当，会产生“二次污染”。同时上述方法在 操作程序上存在不同程度的繁复性，因此寻找一种更加简单而且有效的回收方法，仍是当 前解决有效回收CFRP废弃物的主要目标。

目前，碳纤维的所有的回收方法（机械粉碎法除外）都需要热辅助作用，只是加热 方式不同。现有的技术中采用的都是“外加热方式”——通过加热外部介质（溶剂或者热空 气）来实现CFRP的处理，这种方式对于薄的、小的样品很有利，但是对于厚的、大的样品来 说，需要很长的处理时间，这样会造成外部的CFRP或碳纤维被损坏，而内部的高分子尚未被 完全处理掉；同时，热处理的时间延长会明显降低碳纤维的性能；另外，这种方法处理得到 的碳纤维不能保持原有的排列顺序，不利于再加工利用。因此CFRP的回收处理应加快处理 过程，缩短处理时间，同时尽可能保持碳纤维原有的排序，因为有序的碳纤维可以大幅度提 高其性能。

利用碳纤维的导电性，对于具有规则形状的CFRP材料，可将其接入常规电路中使 碳纤维自发热进行回收处理。但是对于小块的和形状不规则的CFRP材料，很难将其接入常 规电路中，利用自发热效应来处理。

发明内容

针对上述不足，本专利提出一种利用电磁感应效应回收碳纤维的技术：通过电磁 感应效应使CFRP（小块和形状不规则的CFRP）材料中导电碳纤维产生“微区涡流回路”和“涡 流回路电流”，在涡流回路电流作用下，碳纤维发热并迅速“从内而外”降解高分子基体，在 几秒至几分钟内，便可得到洁净的、分离的、表面无损伤、保持原有排序的碳纤维。

本发明的技术解决方案如下：

一种利用CFRP中碳纤维在电磁感应下产生感应电流，引起自发热来实现对碳纤维增强 高分子材料回收碳纤维的方法，包括如下步骤：

(1)选取若干小块的CFRP废料，装入感应器的熔炉内（如图1），调节电磁感应器的电压 （2KV-50KV）和电流（3A-50A），将CFRP废料处理1s-60min后，树脂基体因碳纤维的感应电流 自发热而发生明显的热降解，回收得到碳纤维材料；

或

选取一根CFRP（宽、窄）条，调节电磁感应器的电压（2KV-50KV）和电流（3A-50A），将CFRP 平整放在U型或方型线圈中（如图2），CFRP中的树脂基体因碳纤维产生感应电流的自发热效 应而被热降解掉，从而得到干净无损的碳纤维材料；对于CFRP长条，可以调控CFRP缓慢通过 线圈的速率，使其完全处理得到长的碳纤维；

或

选取一块CFRP板材，调节电磁感应器的电压（2KV-50KV）和电流（3A-50A），将CFRP长条 平整放在感应器的托盘线圈上（如图3）；1s-60min，CFRP中的树脂基体因碳纤维产生感应电 流的自发热效应而被热降解掉；不断移动样品各部位从托盘部位缓慢通过，从而完全处理 CFRP，得到干净无损、有序的碳纤维材料；

或

选取一小块CFRP，或者选取一不规则形状的CFRP，调节电磁感应器的电压（2KV-50KV） 和电流（3A-50A），将CFRP平整放在（如图3）中的感应器的托盘线圈上，数秒至数分钟后， CFRP中的树脂基体因碳纤维产生感应电流的自发热效应而被热降解掉；

或