一种纤维增强复合材料的回收再利用方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维增强复合材料的回收再利用方法，包括以下步骤：将热固性纤维增强复合材料与热塑性纤维增强复合材料分别切割成若干段热固性复材段与热塑性复材段；在裸露出的增强纤维的至少部分表面制备碳纳米材料层以进行改性处理；将每段热固性复材段与相应一段热塑性复材段按照预设的拼接方式拼接在一起以组成单个回收子集；通过压力装置将回收结构压合成统一整体，从热固性复材段中裸露的增强纤维上引出电极，使用外接电源连接电极并通电。根据本发明专利技术，其利用热固性纤维增强复合材料与热塑性纤维增强复合材料相结合的方式使得热固性纤维增强复合材料的回收再利用变为可能。变为可能。变为可能。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强复合材料的回收再利用方法


[0001]本专利技术涉及纤维增强复合材料回收领域，特别涉及一种纤维增强复合材料的回收再利用方法。

技术介绍

[0002]纤维增强复合材料引起轻质、高强等优异性能被广泛应用于航空航天、交通运输、海洋船舶和体育用品等领域。而持续增长的碳纤维增强复合材料(CFRP)导致了废弃的CFRP制品急剧增长。每100kg碳纤维复合材料废弃物中，约有60～70kg碳纤维，如果按200元/kg计算，6.2万吨废弃CFRPs中碳纤维价值将达到74亿元以上。因此，从经济角度看，回收高价值碳纤维有利于降低总体成本，具有重要的商业价值。
[0003]对于玻璃纤维等其他种类的纤维，虽然其回收价值不及碳纤维，但是因其具有优异的力学性能且造价较低使其用量的逐年增加，但同时也导致了废弃制品的急剧增长。随着世界各国对环境保护的力度越来越大,玻璃纤维等废弃制品必须寻找一条合适的利用途径,解决环境污染问题,否则,对生产企业来说是一个极大的负担,对社会来说更会造成环境污染和危害。
[0004]对于纤维增强复合材料的回收再利用通常取决于基体材料，其中热固性树脂是纤维增强复合材料中的主要基体材料，约占总体含量的80％,剩余20％主要是是热塑性树脂。对于热固性树脂来说，其固化过程属于不可逆的交联反应，导致其不可重复的加工性，过去几十年里，废弃的纤维增强热固性复合材料主要通过填埋、焚烧的传统方法处理，不仅严重阻碍了资源回收再利用，还引起了环境污染。而对于热塑性树脂，其固化过程仅为物理变化过程，因此其回收再循环过程不涉及纤维余树脂基体复杂的分离过程，在可回收性方面具有较大的应用前景，但仍存在回收经济性差的问题。
[0005]从整个复合材料市场的增长趋势和行业的可持续发展看，复合材料回收再利用在交通运输、航空航天、建筑等方面具有重要的现实意义。就目前回收技术而言，机械法、热处理法仅适用于回收纤维材料，而无法回收基体材料；化学法属于新型的回收技术，但目前都还处于试验阶段，仍旧存在较大的技术问题及产业化回收成本问题。因此，如何实现温和条件下纤维增强复合材料的回收以及对大尺寸构件尤其是结构整体回收及提高回收经济性是目前亟待解决的问题。
[0006]有鉴于此，实有必要开发一种纤维增强复合材料的回收再利用方法，用以解决上述问题。

技术实现思路

[0007]本申请的实施例提供一种纤维增强复合材料的回收再利用方法，其利用热固性纤维增强复合材料与热塑性纤维增强复合材料相结合的方式使得热固性纤维增强复合材料的回收再利用变为可能，并提高了纤维增强复合材料的回收再利用的经济性，适用于产业化应用，具有较大的应用前景。
[0008]为了解决上述技术问题，本申请的实施例公开了如下技术方案：
[0009]提供了一种纤维增强复合材料的回收再利用方法，包括以下步骤：
[0010]将热固性纤维增强复合材料与热塑性纤维增强复合材料分别切割成若干段热固性复材段与热塑性复材段，以使得每段热固性复材段与相应一段热塑性复材段在尺寸与形状上相互适配，并对切割后的热固性复材段与热塑性复材段进行表面处理，以在两者的接触面上形成用于提高结合稳定性的配合结构；
[0011]将热固性复材段的接触面进行处理以使得外层的热固性基体脱落而裸露出至少部分增强纤维，在裸露出的增强纤维的至少部分表面制备碳纳米材料层以进行改性处理；
[0012]将每段热固性复材段与相应一段热塑性复材段按照预设的拼接方式拼接在一起以组成单个回收子集，至少一个回收子集依次层叠构成回收结构；
[0013]通过压力装置将回收结构压合成统一整体，从热固性复材段中裸露的增强纤维上引出电极，使用外接电源连接电极并通电，利用增强纤维表面的碳纳米材料通电发热的热量将与热固性复材段相接触的热塑性基体熔化，待冷却固化后即实现了将至少一个回收子集粘接固化成彼此相连接的统一整体。
[0014]可选的，所述热固性纤维增强复合材料和/或热塑性纤维增强复合材料为板式构件、块式构件或柱式构件中的任意一种。
[0015]可选的，碳纳米材料采用热塑性上浆剂进行上浆。
[0016]可选的，所述配合结构为锯齿形、弧形、波浪形、卯榫形中的至少一种。
[0017]可选的，通过控制外接电源的电流衰减速率使热塑性树脂的温度以缓慢的速率下降，避免因冷却速度过快导致热塑性树脂在冷却过程中出现开裂和/或翘曲缺陷，待热塑性树脂冷却固化即完废弃纤维增强复合材料回收作业。
[0018]可选的，每段热固性复材段与相应一段热塑性复材段之间通过胶粘剂进行粘连结合。
[0019]可选的，所述碳纳米材料层的上浆方式为喷涂、滚涂、丝网印刷及镀膜中的至少一种。
[0020]可选的，对切割后的热固性复材段与热塑性复材段进行表面处理的方式为机械切削加工。
[0021]可选的，对切割后的热固性复材段与热塑性复材段进行表面处理的方式为化学腐蚀加工。
[0022]上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：由于其利用热固性纤维增强复合材料与热塑性纤维增强复合材料相结合的方式使得热固性纤维增强复合材料的回收再利用变为可能，并提高了纤维增强复合材料的回收再利用的经济性，适用于产业化应用，具有较大的应用前景。
[0023]上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：由于将上浆剂涂覆在热固性纤维增强纤维表面，从而使得熔融后的热塑性树脂与纤维表面的上浆剂反应形成氢键以增强两者之间的粘接性能。
[0024]上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：由于将碳纳米材料制备这增强纤维表面，一方面，利用碳纳米材料优异的电学性能，在外接电流后可以形成电热效果，并且可以通过调整输入功率来控制温度的大小，利用该电热效果可将热塑性树脂
熔融并与热固性纤维增强复合材料粘接在一起；另一方面，利用碳纳米材料优异的力学性能，通过将碳纳米材料植入在层间可以形成桥连效应，在外部载荷作用下碳纳米材料可将基体上的应力充分转移到增强纤维上，从而有效的增强复合材料的界面性能。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本专利技术的一些实施例，而非对本专利技术的限制，其中：
[0026]图1为本专利技术实施例所提供的一种纤维增强复合材料的回收再利用方法中复合材料的表面处理流程示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例所提供的一种纤维增强复合材料的回收再利用方法中热固性纤维增强复合材料与热塑性纤维增强复合材料的结合过程图；
[0028]图3为本专利技术实施例所提供的一种纤维增强复合材料的回收再利用方法中接触面为平面的热固性/热塑性纤维增强复合材料混杂结构截面图；
[0029]图4为本专利技术实施例所提供的一种纤维增强复合材料的回收再利用方法中接触面为锯齿形的热固性/热塑性纤维增强复合材料混杂结构截面图；
[0030]图5为本专利技术实施例所提供的一种纤维增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强复合材料的回收再利用方法，其特征在于，包括以下步骤：将热固性纤维增强复合材料与热塑性纤维增强复合材料分别切割成若干段热固性复材段与热塑性复材段，以使得每段热固性复材段与相应一段热塑性复材段在尺寸与形状上相互适配，并对切割后的热固性复材段与热塑性复材段进行表面处理，以在两者的接触面上形成用于提高结合稳定性的配合结构；将热固性复材段的接触面进行处理以使得外层的热固性基体脱落而裸露出至少部分增强纤维，在裸露出的增强纤维的至少部分表面制备碳纳米材料层以进行改性处理；将每段热固性复材段与相应一段热塑性复材段按照预设的拼接方式拼接在一起以组成单个回收子集，至少一个回收子集依次层叠构成回收结构；通过压力装置将回收结构压合成统一整体，从热固性复材段中裸露的增强纤维上引出电极，使用外接电源连接电极并通电，利用增强纤维表面的碳纳米材料通电发热的热量将与热固性复材段相接触的热塑性基体熔化，待冷却固化后即实现了将至少一个回收子集粘接固化成彼此相连接的统一整体。2.如权利要求1所述的纤维增强复合材料的回收再利用方法，其特征在于，所述热固性纤维增强复合材料和/或热塑性纤维增强复合材料为板式构件、块式构件或柱式构件中的任意一种。3.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨斌，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：