一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法，包括：将废弃的碳纤维增强树脂基复合材料切成板状，得到碳纤维增强树脂基复合材料板，然后处理得到的复合材料板两端表面的树脂至碳纤维裸露；然后在超声强化或微波强化的条件下，在电解液中进行老化处理；将老化处理得到的碳纤维增强树脂基复合材料板中的裸露碳纤维与直流电源的阳极相连，石墨棒与直流电源的阴极相连，在电解液中进行电化学反应，得到碳纤维，清洗，干燥，即可。本发明专利技术的方法提高了碳纤维的回收效率，回收过程对环境无二次污染且回收的碳纤维力学性能损伤小。

Method for recovering carbon fiber reinforced resin matrix composite material

The invention relates to a method for recovering resin composite material includes: a carbon fiber reinforced resin composite plate into carbon fiber reinforced waste, carbon fiber reinforced resin matrix composite plate, and then processed composite plates at both ends of the surface exposed to carbon fiber resin; then in ultrasonic or microwave to strengthen the conditions of aging in the electrolyte; anode bare carbon fiber and resin matrix composite DC power supply board is connected with the carbon fiber reinforced by aging treatment, cathode graphite rod and a DC power supply connected to the electrochemical reaction in the electrolyte, carbon fibers, cleaning, drying, can. The method of the invention improves the recovery efficiency of the carbon fiber, has no two pollution to the environment during the recovery process, and has little damage to the mechanical property of the recovered carbon fiber.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法
本专利技术属于纤维增强复合材料的回收再生利用领域，特别涉及一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法。
技术介绍
碳纤维增强树脂基复合材料具有高的比强度和比模量，结构尺寸稳定和耐腐蚀性能好等优点，目前已广泛应用于航天航空、交通工具、电子工业等领域。当前，碳纤维增强树脂基复合材料的用量正在快速增长，其在国防安全、国民经济以及日常生活等方面有更加重要的作用。尽管碳纤维增强树脂基复合材料有众多的优点，但是由于碳纤维不可降解，在达到使用寿命和更新周期后，大量废弃的碳纤维增强树脂基复合材料产品由于对环境产生污染而亟待处理。当前碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法主要有：机械回收法、超临界法、热裂解法、强酸分解法等。机械回收法是在机械力的作用下粉碎复合材料，破坏纤维和树脂之间的界面结合力，从而使纤维从交联结构中剥离出来，但得到的碳纤维表面有大量的残留物，且纤维的力学性能损伤较大。中国专利CN103333360A(公开日期为2013年10月2日)公开了一种超临界法回收碳纤维增强树脂基复合材料的方法，该方法将处理后的碳纤维增强树脂基复合材料放入增压至5～30MPa充满CO2的反应釜中，并将反应釜中的温度加热到50℃～500℃，使树脂发生超临界反应而分解从而得到回收的碳纤维。该方法的优点是树脂基体的分解率大于95％，得到的碳纤维力学性能损失小于5％，且表面基本没有残留物质。缺点是需要在高温高压的反应条件下进行，对反应设备的要求较高，很难工业化。中国专利CN103665427A(公开日期为2014年3月26日)公开了一种碳纤维增强树脂基复合材料热裂解回收方法，该方法将碳纤维增强树脂基复合材料放置在350℃～900℃的高温无氧惰性环境下，使得树脂基体发生热裂解反应，最终得到碳纤维。该方法的优点是提高了碳纤维的回收效率，减少了回收得到的碳纤维表面易结碳的现象从而提高了回收得到的碳纤维力学性能。缺点是需要高温和氮气保护下的无氧的惰性环境，能耗较大，不易工业化。也不能完全避免碳纤维表面结碳现象，碳纤维力学性能也有一定的下降。中国专利CN1483754A(公开日期为2004年3月24日)公开了一种利用强酸分解废弃碳纤维增强树脂基复合材料的方法，该方法将碳纤维增强树脂基复合材料放入2mol/L～8mol/L的硝酸溶液中，加热到70℃～90℃使树脂在常压下分解，从而回收得到碳纤维。该方法的优点是没有高温高压条件，工艺流程简单，分解效率高，回收得到表面干净的碳纤维。缺点是：强酸的腐蚀性较高，对设备的要求高，对操作的安全系数要求较高，后反应处理难，对环境污染大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法，该方法克服现有回收技术所存在的污染大、能耗高、回收碳纤维力学性能低下等缺点。本专利技术的一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法，包括：(1)将废弃的碳纤维增强树脂基复合材料切成板状，得到碳纤维增强树脂基复合材料板，然后处理得到的复合材料板两端表面的树脂至碳纤维裸露；(2)将步骤(1)中处理得到的碳纤维增强树脂基复合材料板在超声强化或微波强化的条件下，在电解液中进行老化处理；(3)将步骤(2)中老化处理得到的碳纤维增强树脂基复合材料板中的裸露碳纤维与直流电源的阳极相连，石墨棒与直流电源的阴极相连，连通电源，在电解液中进行电化学反应，得到碳纤维，清洗，干燥，即可。所述步骤(1)中树脂为酚醛树脂、环氧树脂、马来酸树脂、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸乙二酯。所述树脂可选用热固性树脂或热塑性树脂。所述步骤(1)中碳纤维增强树脂基复合材料板的厚度为2～4mm；碳纤维裸露的长度为1～2cm。所述步骤(1)中处理的方法为：用砂纸打磨；其中，砂纸为棕刚玉砂纸、白刚玉砂纸或碳化硅砂纸，优选碳化硅砂纸。所述步骤(2)中超声强化的条件为：频率范围为15KHz～60KHz，声压振幅有效值为2～26Mpa，超声变化为正弦变化；微波强化的条件为：波长范围为1mm～1000mm，频率为300MHz～30GHz，功率为30～600W。所步骤(2)中老化处理的条件为：将打磨后的碳纤维复合材料板在温度为70℃～90℃的电解液中浸泡20h-40h，然后在温度为-30℃～-20℃的条件下放置1h-2h，之后放置在温度为100℃～120℃，湿度为60～90％的环境中4h-8h。所述老化处理重复操作4～8次。所步骤(2)和步骤(3)中电解液为硝酸钠溶液、硝酸钾溶液、硫酸钾溶液、硫酸钠溶液、氯化钠溶液或氯化钾溶液，所述溶液浓度为5～30wt％，溶剂为水。所步骤(3)中电化学反应的条件为：电流密度为10～20A/m2。所述步骤(3)中清洗为用蒸馏水进行超声震荡清洗；其中，超声震荡的条件为：20KHz～80KHz，时间为30min～60min；干燥的条件为：80～95℃(烘箱中)干燥1～2h。有益效果(1)本专利技术的方法无需降解复合材料中所有的树脂基体，提高了碳纤维的回收效率，节约了大量的电能；(2)本专利技术的方法中使用的电解液为绿色清洁无污染溶液，且来源广泛，价格便宜，回收过程对环境无二次污染；(3)本专利技术的方法回收的得到的碳纤维力学性能损伤小。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1(1)将废弃的碳纤维增强环氧树脂复合材料切成厚度为2mm的碳纤维增强环氧树脂复合材料板。(2)用碳化硅砂纸打磨复合材料板两端表面的树脂，使复合材料板两端的碳纤维裸露2cm。(3)在超声波频率为25KHz，声压振幅有效值为20MPa的强化条件下(超声变化为正弦变化)，将打磨后的碳纤维增强环氧树脂复合材料板在温度为90℃，浓度为10wt％的NaCl电解液中浸泡20h，然后在温度为-30℃的低温环境中放置1h，之后放置在温度为100℃，湿度为80％的高温湿热环境中4h。(4)重复步骤(3)5次。(5)将老化处理后的碳纤维增强环氧树脂复合材料板中裸露的碳纤维与直流电源的阳极相连，石墨棒与直流电源的阴极相连，置于浓度为20wt％的NaCl溶液中，形成电化学反应体系。连通电源，控制电流密度为10A/m2使得作为阳极的碳纤维增强树脂基复合材料发生电化学反应得到碳纤维，电化学反应时间为反应到碳纤维表面无树脂粘接且可自然从树脂基体中脱落，反应即可结束。(6)对电化学反应后的碳纤维先用蒸馏水在超声频率为40KHz的条件下进行超声震荡清洗，然后将超声震荡后的碳纤维放入设置温度为95℃的烘箱中干燥1小时，从而回收得到表面干净的碳纤维。实施例2(1)将碳纤维增强聚对苯二甲酸乙二酯复合材料切成厚度为3mm的碳纤维增强聚对苯二甲酸乙二酯复合材料板。(2)用白刚玉砂纸磨掉复合材料板两端表面的树脂，使复合材料板两端的碳纤维裸露1cm。(3)在波长范围为50mm，频率为2GHz，功率为300W的微波强化条件下，将打磨后的碳纤维增强聚对苯二甲酸乙二酯复合材料板在温度为70℃，浓度为15wt％的硝酸钾溶液中浸泡30h，然后在温度为-20℃的低温环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法，包括：(1)将废弃的碳纤维增强树脂基复合材料切成板状，得到碳纤维增强树脂基复合材料板，然后处理得到的复合材料板两端表面的树脂至碳纤维裸露；(2)将步骤(1)中处理得到的碳纤维增强树脂基复合材料板在超声强化或微波强化的条件下，在电解液中进行老化处理；(3)将步骤(2)中老化处理得到的碳纤维增强树脂基复合材料板中的裸露碳纤维与直流电源的阳极相连，石墨棒与直流电源的阴极相连，在电解液中进行电化学反应，得到碳纤维，清洗，干燥，即可。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法，包括：(1)将废弃的碳纤维增强树脂基复合材料切成板状，得到碳纤维增强树脂基复合材料板，然后处理得到的复合材料板两端表面的树脂至碳纤维裸露；(2)将步骤(1)中处理得到的碳纤维增强树脂基复合材料板在超声强化或微波强化的条件下，在电解液中进行老化处理；(3)将步骤(2)中老化处理得到的碳纤维增强树脂基复合材料板中的裸露碳纤维与直流电源的阳极相连，石墨棒与直流电源的阴极相连，在电解液中进行电化学反应，得到碳纤维，清洗，干燥，即可。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法，其特征在于，所述步骤(1)中树脂为酚醛树脂、环氧树脂、马来酸树脂、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸乙二酯。3.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法，其特征在于，所述步骤(1)中碳纤维增强树脂基复合材料板的厚度为2～4mm；碳纤维裸露的长度为1～2cm。4.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法，其特征在于，所述步骤(1)中处理的方法为：用砂纸打磨；其中，砂纸为棕刚玉砂纸、白刚玉砂纸或碳化硅砂纸。5.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法，其特征在于，所述步骤(2)中超声强化的条件为：频率范围为15KHz～60KHz，声压振幅有效值...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，彭帅，崔永杰，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31