The invention provides a device and method for the efficient recovery of carbon fiber by solar energy, which is used for the recovery of carbon fiber in the waste carbon fiber reinforced resin matrix composite. The device is composed of a trough gathering heat collecting unit, a heating reaction unit and a waste gas recovery unit. A trough concentrating heat unit is used to collect and focus the sun light on the collector tube and convert it to the required reaction temperature. The mixture of oxide semiconductor powder and waste carbon fiber reinforced resin matrix composites is heated in the heat collector tube, and the oxygen is added into the heat collector, and the oxide semiconductor powder is activated to produce oxidizing points. The resin matrix was decomposed into CO2 and H2O, and finally the carbon fibers with clean surface and excellent mechanical properties were obtained. The invention has strong expansibility and practicability, and can be industrialized, high efficiency, low energy consumption and low cost recycled carbon fiber reinforced resin matrix composite.
【技术实现步骤摘要】
一种利用太阳能高效回收碳纤维的装置及方法
本专利技术涉及一种碳纤维的回收,尤其涉及一种废旧碳纤维增强树脂基复合材料中碳纤维的回收装置及方法。
技术介绍
碳纤维(carbonfiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维具有很多优良性能,碳纤维的轴向强度和模量高,密度低、比性能高,无蠕变,非氧化环境下耐超高温,耐疲劳性好,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小且具有各向异性,耐腐蚀性好,X射线透过性好,良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。预计,全球废弃碳纤维增强树脂基复合材料制品至2020年可达5万吨,其中碳纤维2.5万吨以上,按平均价格200元/千克计算,价值约合人民币50亿元以上。每100千克航空碳纤维增强树脂基复合材料废弃物中,就有大约60~70千克的碳纤维。这些废料大多采用填埋的方式,占用了大量的工业和农业用地,一方面污染土地,另一方面浪费了资源。因为碳纤维的高性能,被大量应用到航空航天领域中。截止到2026年大约有6400架空客飞机达到使用寿命终结期,而波音公司也表示大约有5000多架飞机需要退役。这些碳纤维仍然具有极高的再利用价值,其力学强度和电、磁、热性能几乎与原有碳纤维相当,可用来重新制备高性能复合材料。在2015年,CFRP废弃物回收及其再利用技术,被国家工信部确定为优先发展的产业关键共性技术205项之一。目前国内外针对碳纤维增强树脂基复合材料回收的技术研究还未成熟。而最大的阻碍在于高昂的回收生产成本,再生材料性能的降低和技术的不成熟。目前碳纤维增强树脂基复合材料的回收方法主要包括能量回收 ...
【技术保护点】
1.一种利用太阳能高效回收碳纤维的装置,其特征在于:由槽式聚光集热单元、加热反应单元、废气回收单元构成;所述槽式聚光集热单元用于收集并将太阳光聚焦到集热管上,并转化成所需的反应温度;所述加热反应单元用于加热集热管中预先放置的氧化物半导体粉末和废旧碳纤维增强树脂基复合材料的混合物,同时通入氧气;所述废气回收单元用于将反应产生的废气排入到废气回收系统中。
【技术特征摘要】
1.一种利用太阳能高效回收碳纤维的装置,其特征在于:由槽式聚光集热单元、加热反应单元、废气回收单元构成;所述槽式聚光集热单元用于收集并将太阳光聚焦到集热管上,并转化成所需的反应温度;所述加热反应单元用于加热集热管中预先放置的氧化物半导体粉末和废旧碳纤维增强树脂基复合材料的混合物,同时通入氧气;所述废气回收单元用于将反应产生的废气排入到废气回收系统中。2.根据权利要求1所述的利用太阳能高效回收碳纤维的装置,其特征在于:由槽式聚光集热单元、加热反应单元、废气回收单元构成;所述槽氏聚光集热单元包括抛物面聚光反射镜(1)、钢结构支架(18)、真空集热管(3)和跟踪系统(2);所述加热反应单元包括进气管(9)、氧气储存系统(11)、驱动系统(16);所述废气回收单元包括排气管(20)、废气回收系统(15);所述抛物面聚光反射镜(1)卡在钢结构支架(18)上固定,跟踪系统(2)放在地面上,其蜗轮轴与抛物面聚光反射镜(1)的转轴相连,固定在抛物面反射镜(1)下方;所述钢结构支架(18)上设有轴承(13),所述轴承(13)上穿有支撑轴(19),所述支撑轴(19)与固定端(6)焊接,所述固定端(6)上穿有真空集热管(3);所述真空集热管(3)放在抛物面反射镜(1)的空间内侧;所述真空集热管(3)两端分别连接所述进气管(9)和排气管(20),所述进气管(9)连接氧气储存系统(11),所述排气管(20)连接废气回收系统(15);在氧气输入端的所述支撑轴(19)上连接驱动系统(16)。3.根据权利要求2所述的回收碳纤维的装置,其特征在于:所述的真空集热管(3)为直通式金属-玻璃真空集热管,外管为高硼硅玻璃管(4),内管为不锈钢吸热管(5),两端用金属波纹管(7)连接内外管,在内管通氧气的一端装有流化板(17);所述不锈钢吸热管(5)两端分别通过气管旋转接头(8)连接进气管(9)和排气管(20)。4.根据权利要求2所述的回收碳纤维的装置,其特征在于:所述跟踪系统(2)选用圆柱蜗杆传动的机械传动设计与单片机控制系统相结合实现自动跟踪,其蜗轮轴与抛物面聚光反射镜(1)转轴相连接,固定在抛物面聚光反射镜(1)下方,采用单轴跟踪方式,沿南北水平方向放置,跟踪太阳自东向西旋转,跟踪系统(2)的步进电动机转矩为25N·m。5.根据权利要求2所述的回收碳纤维的装置,其特征在于:所述抛物面聚光反射镜(1)是由多块抛物形柱面镜拼接组成,镜组焦距为1m~2m,集合聚光倍数为95~120。6.根据权利要求3所述的回收碳纤维的装置,其特征在于:所述不锈钢吸热管(5)的外壁面磁控溅射有选择性吸收涂层,玻璃管(4)与不锈钢吸热管(5)之间为10-4~10-3mmHg的...
【专利技术属性】
技术研发人员:成焕波,孙羽,张杰,冯勇,常佳华,
申请(专利权)人:南京工程学院,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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