[发明专利]一种连续的回收碳纤维的方法及连续性碳纤维回收装置

说明书

本发明公开一种连续的回收碳纤维的方法，包括以下步骤：步骤S10、通过加热空气或者裂解反应产生的高温烟气对热裂解炉膛下端加热以及对第一预热管和第二预热管进行预热；步骤S20、将废弃碳纤维增强树脂基复合材料由第一预热管吹入热裂解炉膛内，同时将固体超强酸颗粒由第二预热管吹入热裂解炉膛内；步骤S30、废弃碳纤维增强树脂基复合材料与固体超强酸颗粒在热裂解炉膛内汇合并接触反应，产生的有机气体与碳纤维在旋风分离器中进行分离，以回收碳纤维，有机气体通过引风机进入高温燃烧器中进行燃烧。本发明采用了固体超强酸替换流化沙粒，同时对进料以及预热方式进行了改进，使树脂基体均匀受热并催化分解，从而实现碳纤维资源的回收和再利用。

技术领域

本发明涉及废弃碳纤维增强复合材料中的碳纤维回收技术领域，具体涉及一种连续的回收碳纤维的方法及应用于该方法中的连续性碳纤维回收装置。

背景技术

碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量的新型纤维材料，将碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成的结构材料成为碳纤维增强复合材料(Carbon FiberReinforced Polymer，CFRP)。

碳纤维增强复合材料具有轻质高强、耐热和耐腐蚀性好等优异性能，广泛应用于航空航天、体育器材、医疗器械、交通工具、电子电器、风电产业等领域，是我国经济和科技发展中不可替代的重要战略物资。随着碳纤维增强复合材料应用的迅速扩大，未来将产生大量达到寿命周期的碳纤维增强复合材料废弃物，据预测，全球废弃碳纤维增强复合材料制品至2020年可达5万吨，其中含碳纤维2.5万吨以上，按平均价格200元/千克计算，价值约合人民币50亿元以上，回收量及价值巨大；与此同时，高速生产碳纤维增强复合材料的同时也会产生大量的废品和边角料；碳纤维增强复合材料的回收再利用问题一直是阻碍碳纤维应用的重要关隘之一，因此，废弃物的回收再利用技术的开发和产业化已迫在眉睫。

目前，国内对碳纤维增强复合材料的回收研究还处于起步阶段。现有技术公开的回收方法主要包括机械法、电化学降解法、超临界/亚超临界流体分解法、溶剂法、化学分解法、热解法等6种方法。机械法(CN 1072880 A)是将废弃物粉碎或熔融作为新材料的原材料使用，该方法生产成本较低、处理方法简单，但是该方法得到的大多是低价值的再生产品，不适用于高价值的碳纤维增强复合材料的回收。通过将待回收的碳纤维复合增强材料作为阳极，采用电化学的方法(CN 104499039 B)来进行碳纤维的回收，得到较为完整的碳纤维，但历时较长，优选21天，经济性较差。超临界水处理方法(CN 103897213 A；CN 106397826A)虽然可获得高性能的碳纤维且具有清洁无污染的特点，但是需要在高温高压的反应条件下进行，对设备操作安全系数要求高。溶剂法(CN 103101127 A)具体是用溶剂浸泡回收用的碳纤维增强复合材料，反应后移除多余的液体，预加热至最低溶剂沸点，再继续加热到最高溶剂沸点，使得复合材料分层，但效果并不理想。在化学分解法中，最早是提出利用硝酸(CN 1483754 A)等强腐蚀性酸可对环氧树脂进行降解，可回收得到表面干净的碳纤维，但是硝酸等强酸由于腐蚀性强，对设备要求较高，且回收后的碳纤维单丝由于受到硝酸溶液的影响强度下降较大；利用酸煮、再放入密封反应釜中加入氧化剂和溶剂进行热处理(CN102391543 A)，在低温低压的温和条件下反应，回收后的纤维的强度可以达到原始纤维强度的90％以上，但是工艺复杂，期间需经历酸煮、洗涤、干燥、热处理、洗涤、浸渍等多个步骤，且耗时长，难于实现工业化；而利用酸和溶剂的混合液加热降解复合材料再用碱中和降解液的方法中(CN 107636054 A、CN 103524784 A)，超过95％的碳纤维可以被回收利用，并保持了大部分原有的纹理和力学性能，且降解树脂产品加工后可作为化工产品，但降解过程中利用了大量的酸、溶剂、过氧化剂等，后续处理成本高，对环境产生负面影响。