發(fā)布時間：2021-04-13 15:08

　　碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料（CFRP）因其優(yōu)異的性能被越來越廣泛地應(yīng)用于航空航天、軍事、汽車、交通運輸、建筑、體育和醫(yī)療等領(lǐng)域。然而,CFRP需求量越來越多將導(dǎo)致越來越多廢棄物的產(chǎn)生,因此CFRP廢棄物的處理成為越來越急迫的問題。CFRP中的碳纖維具有很高的回收價值,目前國內(nèi)外研究人員探究了多種方法回收CFRP中的碳纖維,其中熱解法處理CFRP回收碳纖維可以保持碳纖維良好的力學(xué)性能,具有較高的碳纖維回收率和廣闊地工業(yè)化應(yīng)用前景。微波是一種利用微波能加熱材料的方式,具有內(nèi)部加熱、快速加熱、均勻加熱和選擇性加熱的特點,在材料的制備、燒結(jié)和回收方面具有廣闊的發(fā)展?jié)摿Α１疚慕Y(jié)合熱解法回收CFRP中碳纖維的技術(shù)特點和微波加熱的技術(shù)優(yōu)勢,提出利用微波直接熱解CFRP,對CFRP中的環(huán)氧樹脂進(jìn)行降解并回收碳纖維。（1）系統(tǒng)的開展了CFRP的熱解行為和動力學(xué)研究,探討了CFRP在不同氣氛下的熱解行為,描述了CFRP在有氧和無氧環(huán)境下的降解溫度和失重變化,開展了CFRP熱解的動力學(xué)研究。（2）開展了微波熱解CFRP的升溫特性研究,測定了CFRP在微波場中的介電常數(shù),探討了CFRP隨溫度升高的吸波性能變化。... 

【文章來源】：昆明理工大學(xué)云南省

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

008-2018年全球碳纖維需求量及預(yù)測（千噸）

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文6中變成邊角料，成為廢棄物[30]。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制備過程中產(chǎn)生的廢棄物種類如圖1.7[31]。在碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備過程中產(chǎn)生的廢棄物中有62%是織布預(yù)浸料廢料[31]。第一架用碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料建造的飛機(jī)不久就要退役了，一架飛機(jī)的平均服務(wù)壽命一般為20年，每架飛機(jī)包含20噸以上的碳纖維樹脂基復(fù)合材料廢棄物，預(yù)計到2030年，約有6000-8000架這樣的商業(yè)飛機(jī)達(dá)到使用壽命[16,31-34]。因此碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料廢棄物的處理成為現(xiàn)在越來越急迫的問題[35]。圖1.7碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制備過程中產(chǎn)生的不同廢棄物百分比Figure1.7Percentageofdifferentwastesproducedduringthepreparationofcarbonfiberreinforcedcomposites處理碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的傳統(tǒng)方法是填埋和焚燒，傳統(tǒng)方法回收碳纖維的優(yōu)缺點如圖1.8。據(jù)預(yù)測這種方法遲早會被淘汰，主要有以下三個方面的原因。一方面，這種廢棄物很難生物降解，會造成土壤和大氣污染，給環(huán)境帶來壓力[19,36]；另一方面，許多國家頒布了與碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料廢棄物的填埋和焚燒的處理方法相關(guān)的法律法規(guī)，如歐盟在1999頒布的“填埋指令”（1999／31／EC）將限制對廢棄物復(fù)合材料的填埋處理[19,30]；另外，以上兩種方法不能對碳纖維進(jìn)行回收，造成資源的浪費。因此，需要研究新的處理方法，既能處理碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料廢棄物，又能回收碳纖維。國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)紛紛提出了相關(guān)課題，開展熱固性碳纖維復(fù)合材料回收研究[37,38]。例如國外的歐洲空中客車、德國寶馬、美國波音航空公司、日本秩父小野田公司、Air-craftFleetRecyclingAssociation機(jī)構(gòu)（美國波音公司與法國、荷蘭、南非、英國成立）等；國內(nèi)的北京玻鋼院復(fù)合材料有限

第一章緒論7圖1.8傳統(tǒng)方法回收碳纖維的優(yōu)缺點Figure1.8Advantagesanddisadvantagesoftraditionalmethodsforrecyclingcarbonfiber1.3國內(nèi)外回收碳纖維的研究現(xiàn)狀碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料是由昂貴的碳纖維和樹脂組成。碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備包括以下三個過程：首先將碳纖維束編織成碳纖維織布，然后浸入樹脂基體中，加入促進(jìn)劑和固化劑等，促進(jìn)固化反應(yīng)的進(jìn)行，固化一段時間后得到碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料�；厥仗祭w維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料也就是將碳纖維與樹脂基體分離，或去除樹脂基體回收碳纖維。目前，碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的主導(dǎo)市場是碳纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料，回收碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的主要商業(yè)價值是獲得具有較高強(qiáng)度和彈性模量的碳纖維[39]。然而，一些原因限制了碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料（CFRP）中碳纖維的回收再利用。首先，熱固性聚合物被用作碳纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料的基體，不能重熔或重塑[17]，例如，常見的熱固性樹脂：聚酯、雙馬來酰亞胺和環(huán)氧樹脂，它們很難解聚成原始成分。另外，CFRP中不僅含有碳纖維和聚合物，還含有各種固化劑、促進(jìn)劑和其他填料。CFRP中樹脂和填料的種類和數(shù)量取決于不同用途和性能要求，CFRP的組成幾乎沒有標(biāo)準(zhǔn)配方[40]。因此，碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的成分復(fù)雜，難以分離。再者，CFRP制備過程中的發(fā)生了多種的復(fù)雜反應(yīng)，因此CFRP廢料的成分難以準(zhǔn)確檢測或分析。此外，現(xiàn)有的回收技術(shù)，無論是熱解法還是化學(xué)方法都很難避免有毒氣體或廢液的產(chǎn)生。最后，全球范圍內(nèi)鮮有政策和法律法規(guī)來規(guī)1.空氣污染2.浪費能源3.浪費高價值的碳纖維4.法律法規(guī)的限制1.難以降解2.占用土地3.土壤污染4.浪費高價值的碳纖維5.法律法規(guī)的限制CFRP廢棄物

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博士論文
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本文編號：3135523