[发明专利]一种结合树脂对废弃碳纤维材料进行再加工成新型碳纤维复合材料及其加工方法

说明书

本发明提出一种结合树脂对废弃碳纤维材料进行再加工成新型碳纤维复合材料及其加工方法，所述加工方法包括如下步骤：对回收的碳纤维材料进行加工处理，以将无序排列的碳纤维整理成保持单向直线排列的碳纤维；建立碳纤维的搭接模型，得到最短搭接长度；按照建立的搭接模型选取符合搭接模型要求的单向直线排列的碳纤维作为基材；选取搭接表面断裂能量超过预设值的热塑性树脂或者环氧树脂与作为基材的碳纤维材料复合，形成新型碳纤维复合材料。采用本发明的方法能够将废弃的短碳纤维搭接成长碳纤维，对复合后得到的碳纤维复合材料相比于常规方法得到的碳纤维复合材料具有更加优异的力学性能。

技术领域

本发明涉及废弃碳纤维回收再利用技术领域，尤其涉及一种结合树脂对废弃碳纤维材料进行再加工成新型碳纤维复合材料及其加工方法。

背景技术

如今，随着碳纤维复合材料在航空航天领域大规模使用，让航空航天设备制造商开始着手研究回收碳纤维废料的可行性。2010年，随着法国空客公司A380的生产，每年大约产生100吨的废弃碳纤维，而随着时间的推移，目前，法国空客公司每年有超过500吨的废弃碳纤维等待处理，针对这些碳纤维复合材料的回收已经研究了多年^【1】，特别是法国的空中客车公司，它共同资助了回收碳纤维复合材料项目(RECCO)，虽然此项目解决了从航空工业废物中利用热解法回收碳纤维废物的技术问题^【2、3】，但是却没用解决如何利用这些经过热解处理的回收碳纤维半成品重新开发出强度较高的新型复合材料的问题。

目前，对预处理过的回收碳纤维再加工技术主要有两种类型：

1.“热塑”技术：此技术是目前最成功的商业化技术(见图1a)，它是通过将基底注射到装有约30％预处理过的废弃碳纤维基体中^【4】，但是在注射基底过程中，无法控制短碳纤维的搭接及直线排列，导致了最终得到的产品，强度很低，无法发挥出碳纤维复合材料高强度的性能；

2.“热固”技术：此技术基于传统碳纤维复合材料生产技术-树脂转注成型(RTM)(见图1b)，将预处理过的废弃碳纤维进行一个简单的整理铺设到RTM模具中，再向模具中注入热固性基底，一些企业确实得到了强度达到约 350MPa的产品，但是这些热固性树脂的作用反应时间过长，不能应用在正常生产中^【5】。

【1】Point sur le recyclage des composites thermodurcissables； FrédéricRuch-Cetim-Cermat；2011

【2】J.Lachaud,N.Mansour,S.White,B.Laub,JM.Bouilly；《 Modélisation de lapyrolyse d’un matériau composite》；congrès SFT 2008

【3】《Composites:recyclage par solvolyse》；Environnement magazine 14-08-2015

【4】Y.Kageyama；《Recycling Technologies of Carbon Fiber CompositeMaterials》；chapt 23；Springer Japan 2016；Society of F.S.Technology,Japan(ed.),High-Performance and Specialty Fibers； 2016

【5】Recycled Carbon Fibre–Technical data；NetComposites Ltd 4A BroomBusiness Park Bridge Way,Chesterfield S41 9QG,UK；Web: netcomposites.com

鉴于上述原因，有必要提出一种如何利用经过热解法(或者化学试剂法) 预处理过的工业生产中废弃的短碳纤维搭配热塑性树脂，重新开发出一款高性能的新型复合材料。