太阳光二次反射回收碳纤维装置及其回收方法制造方法及图纸

本发明专利技术太阳光二次反射回收碳纤维装置，含碳纤维回收、废气回收处理和能源动力三个系统，碳纤维回收系统包括由反光镜及二次聚光塔构成的太阳光聚光系统和样品固定系统，废气回收处理系统含有除尘装置、热交换器、二氧化碳吸收塔、等离子处理器、风机和相应管道；本发明专利技术装置由太阳能光伏系统提供动力。利用所述装置回收碳纤维的方法包括的步骤有：⑴采用尺寸和形状不限的碳纤维增强复合材料；⑵将材料固定在3D样品移动平台上；⑶太阳光聚焦样品腔并稳定温度于360～550℃；⑷将3D样品移动平台移入样品腔并辐照5～180分钟；⑸冷却、去杂质，得到回收的碳纤维。本发明专利技术不需有机溶剂，不耗火电，对回收CFRP废弃物有积极意义。

【技术实现步骤摘要】
太阳光二次反射回收碳纤维装置及其回收方法
本专利技术属于高分子材料回收
，具体地是一种太阳光二次反射回收碳纤维装置和利用所述装置从碳纤维增强高分子中回收碳纤维的方法。
技术介绍
碳纤维增强高分子（Carbonfiberreinforcedpolymercomposites，简称CFRP)，具有质量轻、机械强度优异、耐腐蚀性能良好和热膨胀性低等优点，正越来越多地被航空航天、汽车制造、体育用品、可再生能源和其他领域所广泛应用，应用的增量每年为10～15%。但是，在CFRP广泛应用的同时，含热固性树脂基的CFRP废弃物也在不断增加。由于CFRP废弃物的成分难以降解，若不能有效地对其进行回收或处理，不仅会严重污染环境，而且也会造成碳纤维资源的极大浪费。目前，CFRP废弃物的回收处理方法有两大类，按是否采用介质进行划分：一类是采用有化学介质（有机溶剂或者浓硝酸）的方法——化学介质法，其包括：超临界法、溶剂热法、微波法、普通加热法等等。另一类是不涉及化学介质，以热裂解为主的方法——热裂解法。所述化学介质法在从CFRP废弃物回收碳纤维的过程中需要加热升温，如果采用开放体系的装置将会有大量的有机溶剂在蒸发后进入大气，造成大气污染；若采用密封体系的装置则会面临爆炸的潜在风险，而且随着处理容器体积的增加，风险会成倍增加。因此，化学介质法尤其不适于处理大件碳纤维增强件。此外，化学介质法是依赖高分子在介质中的溶解降解作用的，因此，在处理结束后会产生大量溶有高分子降解物的有机溶液（或者硝酸）均相废液，而这些均相废液很难分离。对此，现在采用的蒸馏回收溶剂的方法费时费力，而且耗能很大。上述大量的难以处理的废液会造成环境严重的“二次污染”。所述热裂解法是目前唯一在商业化应用的碳纤维回收技术。相比较化学介质法，所述热裂解法不产生会导致“二次污染”的废液；再由于热裂解炉体积较大，可以处理较大的碳纤维增强件。然而，所述热裂解法会受限于热裂解炉的体积，无法一次性对大件甚至超大件碳纤维增强件进行处理；此外，大型热裂解炉需要持续保持400～550℃的温度范围，耗能极大，使碳纤维回收的成本较高。另一方面的问题是，回收碳纤维的再利用，尤其是在高端领域中的再利用，取决于回收的碳纤维的质量。目前回收的碳纤维大小不一、堆积密度低、损失严重，回收的碳纤维杂乱无章，不易于在再制造过程中的应用，更难于应用在高端的应用领域。因此，目前迫切需要开发或者寻找一种低成本、无污染、损伤小、能回收有序排列碳纤维的方法，以应对日益增长的CFRP废弃物的处理和回收的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服以上不足，提供一种太阳光二次反射回收碳纤维装置，所述装置能用于从CFRP废弃物中回收碳纤维并且不受处理装置容积的限制；本专利技术的第二目的是，提供利用所述装置从碳纤维增强高分子中回收碳纤维的方法，按之能从CFRP废弃物中获得干净的、未损坏的、长而有序的碳纤维，有利于回收碳纤维的再制造应用。本专利技术的装置和方法既不需要化学有机溶剂，也无需消耗火电来加热，对处理和回收CFRP废弃物具有积极的现实意义。为实现上述目的，本专利技术采取了以下技术方案。一种太阳光二次反射回收碳纤维装置，含有碳纤维回收系统、废气回收处理系统和能源动力系统，所述碳纤维回收系统包括太阳光聚光系统和样品固定系统：所述太阳光聚光系统含有由多面反光镜构成的反射光系统及一个二次聚光塔，所述反射光系统设置在金属支架上，所述二次聚光塔由两根支柱支撑（在两根支柱的上端构建金属框架，所述二次聚光塔固定在所述金属框架上），所述反射光系统通过所述金属支架设置在所述二次聚光塔的周围；在所述二次聚光塔的下面设有集风罩，所述集风罩的上端设有石英盖，所述集风罩的两侧分别设有入口端和出口端；所述样品固定系统含有样品腔和3D样品移动平台，所述样品腔即为所述集风罩内的空腔，所述3D样品移动平台为与所述样品腔配套的结构件，用于控制样品在X、Y和Z轴方向的移动；所述废气回收处理系统含有热交换器、除尘装置、二氧化碳吸收塔、等离子处理器、风机以及第一管道、第二管道、第三管道、第四管道、第五管道、第六管道和第七管道：所述的热交换器一侧的上端通过第一管道与所述集风罩一侧的出口端连接，所述热交换器另一侧的上端通过第二管道与所述除尘装置的一侧连接；所述除尘装置的上端通过第三管道与所述二氧化碳吸收塔一侧的下端连接；所述二氧化碳吸收塔另一侧的上端通过第四管道与所述等离子处理器的上端连接；所述等离子处理器的下端通过第五管道连接所述风机；所述风机再通过所述第六管道与所述热交换器连接，进行热量回收后，所述热交换器再通过第七管道与所述集风罩一侧的入口端连接，将处理干净的带有一定温度的气体通入集风罩样品腔；所述能源动力系统由太阳能光伏系统构成，由太阳能光伏系统为本专利技术装置的各个部分提供动力。进一步，所述反光系统由5～30台反光装置构成，每台反光装置上设有若干块反光镜。进一步，所述二次聚光塔由多面平面反光镜或者曲面镜构成，通过调节光路来满足聚光条件。进一步，所述集风罩为方形、圆形或者长方形结构。进一步，所述碳纤维回收系统含有一个软件平台，所述软件平台控制的事项包括：样品处理、样品腔温度的控制、3D样品移动平台温度的控制、样品表面温度和处理时间的控制及复杂样品表面的控制。为实现上述第二目的，本专利技术采取了以下技术方案。利用所述太阳光二次反射回收碳纤维装置从碳纤维增强高分子中回收碳纤维的方法，其特征是，包括以下步骤：（1）采用含有碳纤维和高分子树脂基体的碳纤维增强复合材料；（2）将步骤（1）的材料固定在样品固定系统的3D样品移动平台上；（3）通过太阳光聚光系统将太阳光聚焦到样品固定系统的样品腔内并将温度稳定在360～550℃范围内；（4）将步骤（2）的3D样品移动平台移动到步骤（3）的样品腔内并辐照5～180分钟；（5）将步骤（4）辐照处理完毕的样品取出，自然冷却至室温、通过风吹方式除去样品表面的杂质，即得到回收的碳纤维。进一步，步骤（1）所述的碳纤维增强复合材料的尺寸和形状不受限制，能连续进行碳纤维的回收。进一步，所述碳纤维增强复合材料的基体为热固性树脂，包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、脲醛树脂或呋喃树脂。可选的，步骤（3）所述的温度范围为400～550℃或者450～550℃。可选的，步骤（4）所述的辐照时间为30～180分钟或者30～60分钟。本专利技术的积极效果是：（1）本专利技术的装置由于CFRP废弃物能放置在3D样品移动平台上并处于开放状态中，没有受限于处理装置容积的问题，所以在处理CFRP废弃物制件时不受尺寸的限制。（2）回收的碳纤维能保持原有的排列取向，有利于回收碳纤维的再制造应用。（3）本专利技术的方法简单有效，能从CFRP废弃物中获得干净的、未损坏的、长而有序的高附加值的碳纤维，同时能降低回收成本，实现节约资源和保护环境的目的。（4）利用本专利技术的装置和方法回收碳纤维，既不需要化学有机溶剂，也无需消耗电力来加热，能有效降低CFRP废弃物回收的成本，具有积极的现实意义。附图说明图1为本专利技术太阳光二次反射回收碳纤维装置的结构示意图（含太阳光二次聚光原理）。图2为集风罩与3D样品移动平台的结构俯视图。图3为处理前碳纤维增强高分子样品的数码照片。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳光二次反射回收碳纤维装置，含有碳纤维回收系统、废气回收处理系统和能源动力系统，所述碳纤维回收系统包括太阳光聚光系统和样品固定系统：所述太阳光聚光系统含有由多面反光镜（1）构成的反射光系统及一个二次聚光塔（2），所述反射光系统设置在金属支架上，所述二次聚光塔（2）由两根支柱支撑，所述反射光系统通过所述金属支架设置在所述二次聚光塔（2）的周围；在所述二次聚光塔（2）的下面设有集风罩（4），所述集风罩（4）的上端设有石英盖（3），所述集风罩（4）的两侧分别设有入口端（41）和出口端（42）；所述样品固定系统含有样品腔（51）和3D样品移动平台（52），所述样品腔（51）即为所述集风罩（4）内的空腔，所述3D样品移动平台（52）为与所述样品腔（51）配套的结构件，用于控制样品在X、Y和Z轴方向的移动；所述废气回收处理系统含有热交换器（6）、除尘装置（7）、二氧化碳吸收塔（8）、等离子处理器（9）、风机（10）以及第一管道（11）、第二管道（12）、第三管道（13）、第四管道（14）、第五管道（15）、第六管道（16）和第七管道（17）：所述的热交换器（6）一侧的上端通过第一管道（11）与所述集风罩（4）一侧的出口端（42）连接，所述热交换器（6）另一侧的上端通过第二管道（12）与所述除尘装置（7）的一侧连接；所述除尘装置（7）的上端通过第三管道（13）与所述二氧化碳吸收塔（8）一侧的下端连接；所述二氧化碳吸收塔（8）另一侧的上端通过第四管道（14）与所述等离子处理器（9）的上端连接；所述等离子处理器（9）的下端通过第五管道（15）连接所述风机（10）；所述风机（10）再通过所述第六管道（16）与所述热交换器（6）连接，进行热量回收后，所述热交换器（6）再通过第七管道（17）与所述集风罩（4）一侧的入口端（41）连接，将处理干净的带有一定温度的气体通入集风罩（4）样品腔（51）；所述能源动力系统由太阳能光伏系统构成，由太阳能光伏系统为本专利技术装置的各个部分提供动力。...

【技术特征摘要】
1.一种太阳光二次反射回收碳纤维装置，含有碳纤维回收系统、废气回收处理系统和能源动力系统，所述碳纤维回收系统包括太阳光聚光系统和样品固定系统：所述太阳光聚光系统含有由多面反光镜（1）构成的反射光系统及一个二次聚光塔（2），所述反射光系统设置在金属支架上，所述二次聚光塔（2）由两根支柱支撑，所述反射光系统通过所述金属支架设置在所述二次聚光塔（2）的周围；在所述二次聚光塔（2）的下面设有集风罩（4），所述集风罩（4）的上端设有石英盖（3），所述集风罩（4）的两侧分别设有入口端（41）和出口端（42）；所述样品固定系统含有样品腔（51）和3D样品移动平台（52），所述样品腔（51）即为所述集风罩（4）内的空腔，所述3D样品移动平台（52）为与所述样品腔（51）配套的结构件，用于控制样品在X、Y和Z轴方向的移动；所述废气回收处理系统含有热交换器（6）、除尘装置（7）、二氧化碳吸收塔（8）、等离子处理器（9）、风机（10）以及第一管道（11）、第二管道（12）、第三管道（13）、第四管道（14）、第五管道（15）、第六管道（16）和第七管道（17）：所述的热交换器（6）一侧的上端通过第一管道（11）与所述集风罩（4）一侧的出口端（42）连接，所述热交换器（6）另一侧的上端通过第二管道（12）与所述除尘装置（7）的一侧连接；所述除尘装置（7）的上端通过第三管道（13）与所述二氧化碳吸收塔（8）一侧的下端连接；所述二氧化碳吸收塔（8）另一侧的上端通过第四管道（14）与所述等离子处理器（9）的上端连接；所述等离子处理器（9）的下端通过第五管道（15）连接所述风机（10）；所述风机（10）再通过所述第六管道（16）与所述热交换器（6）连接，进行热量回收后，所述热交换器（6）再通过第七管道（17）与所述集风罩（4）一侧的入口端（41）连接，将处理干净的带有一定温度的气体通入集风罩（4）样品腔（51）；所述能源动力系统由太阳能光伏系统构成，由太阳能光伏系统为本发明装置的各个部分提供动力。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵崇军，王格非，黄友富，钱秀珍，葛正祥，董建波，
申请(专利权)人：华东理工大学，波音中国投资有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31