發(fā)布時(shí)間：2021-12-10 08:21

　　隨著碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料（CFRP）市場(chǎng)需求量的大幅增加,大量CFRP廢棄物的回收再利用問(wèn)題嚴(yán)重制約了碳纖維產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,因此,發(fā)展切實(shí)可行的CFRP廢棄物回收利用方法至關(guān)重要。簡(jiǎn)述了CFRP的發(fā)展現(xiàn)狀以及大量CFRP廢棄物所帶來(lái)的嚴(yán)重環(huán)境問(wèn)題和資源浪費(fèi),介紹了CFRP廢棄物的各種回收技術(shù),包括機(jī)械回收法、高溫?zé)峤夥ā⒘骰矡岱纸夥�、溶劑回收法�?總結(jié)了不同回收技術(shù)的回收原理、工藝流程、研究現(xiàn)狀以及各自?xún)?yōu)缺點(diǎn),并對(duì)CFRP回收再利用的未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。 

【文章來(lái)源】：工程塑料應(yīng)用. 2020,48(08)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)

【部分圖文】：

機(jī)械法回收CFRP廢棄物流程圖

高溫?zé)峤夥ㄊ且环N在高溫條件下將CFRP中的樹(shù)脂基體分解為H2、甲烷、碳?xì)浠锛捌渌》肿踊衔锏?從而實(shí)現(xiàn)碳纖維回收利用的回收方法[11–13],流程如圖2所示。王鳳奎等[11]發(fā)明了一種玻璃鋼高溫?zé)峤饣厥誄FRP的裝置與工藝,該高溫?zé)峤饣厥昭b置包括加熱裝置、反應(yīng)釜和油氣分離裝置。他們將CFRP置于300～500℃溫度范圍內(nèi)的無(wú)氧條件下進(jìn)行降解回收,產(chǎn)生油氣混合物,然后經(jīng)油氣分離裝置分離,得到燃燒殘?jiān)蜔峤庥�。燃燒殘�(jiān)梢宰鳛樗嘣?而熱解油可以作為燃料使用。K.Ushikoshi等[12]系統(tǒng)研究了CFRP在不同溫度下惰性氣體中的高溫裂解過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn),在600℃溫度條件下,回收得到的碳纖維表面有明顯的氧化,拉伸強(qiáng)度損失約30%。L.O.Meyer等[13]研究發(fā)現(xiàn)在無(wú)氧高溫?zé)峤膺^(guò)程中,樹(shù)脂基體的降解率只和溫度相關(guān),而在空氣氛圍下,熱解溫度和時(shí)間均對(duì)樹(shù)脂基體的降解率產(chǎn)生影響。高溫?zé)峤夥ū容^適用于大批量回收處理,雖然回收纖維性能略有下降,但是還在可接受范圍內(nèi),因此是目前唯一已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化回收處理的方法。例如:日本已在福岡建立了一條年回收處理60 t CFRP廢料的生產(chǎn)線。英國(guó)Milled Carbon Fiber公司設(shè)計(jì)了一套37 m的熱分解設(shè)備,可年回收處理2?000 t CFRP廢棄物,其中年回收碳纖維1?200 t。美國(guó)ATI公司采用真空高溫?zé)峤夂痛呋呀庀嘟Y(jié)合的方法回收CFRP,在500℃條件下,每小時(shí)可回收處理23 kg廢料,樹(shù)脂基體的降解率達(dá)到99%,而纖維力學(xué)性能損傷僅為5%。

流化床工藝是指在流化床反應(yīng)器內(nèi)采用高溫空氣流對(duì)CFRP進(jìn)行高溫?zé)峤獾姆蛛x方法。流化床工藝是由英國(guó)諾丁漢大學(xué)開(kāi)發(fā),工藝流程如圖3所示。首先,將塊狀或片狀的CFRP廢棄物加入到流化床反應(yīng)器中,利用熱空氣作為流化氣體,在高溫條件下,CFRP廢棄物反應(yīng)一定時(shí)間后,其中的樹(shù)脂基體將發(fā)生氧化分解(分解溫度取決于CFRP的種類(lèi),通常在450～550℃),致使碳纖維與樹(shù)脂基體分離并通過(guò)氣流送至碳纖維儲(chǔ)蓄罐,得到回收的碳纖維。流化床熱解方法中,流化溫度、流化速度、流化時(shí)間對(duì)復(fù)合材料中樹(shù)脂基體降解率及碳纖維性能影響較大[14–16]。例如,H.L.Yip等[16]在溫度450℃、流化速度1 m/s、流化床上砂粒尺寸0.85 mm條件下對(duì)CFRP廢棄物進(jìn)行流化床熱解,獲得的碳纖維長(zhǎng)度為5.9～9.5 mm。然而,測(cè)試表明碳纖維拉伸強(qiáng)度僅為原纖維的75%,降低比較明顯,回收后的碳纖維只能降級(jí)使用。流化床熱解法適合用于回收含有其它混合物或污染物的CFRP廢棄物,降解回收CFRP廢棄物后可以得到較為純凈的回收碳纖維。然而,回收過(guò)程中由于碳纖維在高溫環(huán)境下與沙粒及旋風(fēng)分離器內(nèi)壁劇烈摩擦,碳纖維表面損傷嚴(yán)重,導(dǎo)致纖維性能大幅下降,回收產(chǎn)物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值下降,嚴(yán)重制約了這種方法的大規(guī)模使用。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]胺類(lèi)固化環(huán)氧樹(shù)脂的解聚機(jī)理及CFRP回收技術(shù)研究[D]. 馬金煥.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010



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