一种碳纤维复合材料的回收系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种碳纤维复合材料的回收系统及方法，该系统包括第一加热装置、第二加热装置和输送装置，第一加热装置包括第一加热腔体、第一输送器和同相位微波的微波产生器，第一输送器贯穿第一加热腔体，微波产生器与第一加热腔体连通；第二加热装置包括第二加热腔体、第二输送器和电加热器，电加热器设置于第二加热腔体内，第二输送器穿设于第二加热腔体，第二输送器将经由第一加热装置加热后的产物输送至第二加热腔体。物输送至第二加热腔体。物输送至第二加热腔体。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维复合材料的回收系统及方法


[0001]本专利技术属于碳纤维复合材料回收的领域，特别涉及一种碳纤维复合材料的回收系统及方法。

技术介绍

[0002]碳纤维的复合材料是以树脂作为基材，使碳纤维与树脂混合并经由模塑后可以得到质轻且高强度的复合材料。碳纤维市场价值高，但这些复合材料废弃后在自然环境中无法分解，造成许多浪费及环境问题，因此现有的碳纤维复合材料均追求移除树脂基材后回收碳纤维而重复利用。
[0003]现有的主流从复合材料回收碳纤维的方法，如欧洲ELG公司，美国Carbon conversion公司，乃是使用电加热燃烧树脂或利用化学溶剂的方法移除树脂基材而回收碳纤维。以电加热燃烧复合材料移除树脂基材，由于热传限制，需要相当长的作业时间，且容易破坏碳纤维性能。而以化学方法移除树脂基材，不仅费时，更会产生废弃溶液，必须进行后续处理，如此会增加整体制程的成本，如不处理直接排放又会造成环境污染。
[0004]再者，虽然微波加热技术有着升温迅速、节约能耗的优势，适合高温制程应用等优势，然而碳纤维在摄氏600度以上的制程环境，容易与氧气反应造成损伤，导致回收纤维的机械强度不足以作为后续的再生应用等问题。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供了一种碳纤维复合材料的回收系统及方法，具体技术方案如下：一种碳纤维复合材料的回收系统，包括第一加热装置、第二加热装置和输送装置，第一加热装置包括第一加热腔体、第一输送器和同相位微波的微波产生器，第一输送器贯穿第一加热腔体，微波产生器与第一加热腔体连通；第二加热装置包括第二加热腔体、第二输送器和电加热器，电加热器设置于第二加热腔体内，第二输送器穿设于第二加热腔体，第二输送器将经由第一加热装置加热后的产物输送至第二加热腔体。
[0006]进一步地，微波产生器包括微波发射件和金属导罩，微波发射件和金属导罩通过扣件或法兰固定连接，金属导罩连接于第一加热腔体的顶部且连通于第一加热腔体，微波发射件发射的微波经由金属导罩导引而进入第一加热腔体，金属导罩包括平行部和扩径部，扩径部的两端分别连接于平行部以及第一加热腔体，微波发射件设置于平行部，扩径部的宽度从与平行部连接的一端至与第一加热腔体连接的一端逐渐增加。
[0007]所有微波产生器均连接于一微波发射源，微波发射源产生的微波经由2
×
(2
n
‑
1)个分波器分波n次后经由2
×
(2
n+1
‑
1)个等微波传输件传输至2
×
(2
n+1
‑
1)个微波产生器，产生同相位微波，其中n为整数。
[0008]每个微波产生器所产生的微波函数方程式为，其中A为振幅，k为波导数，x为位移，ω为角频率，t为时间，θ为起始相位角。
[0009]优选地，还包括与第一加热装置连通的惰性气体供给装置；与第一加热装置和第二加热装置连通的气体燃烧装置。
[0010]进一步地，还包括触媒转化器，其与气体燃烧装置相连接。
[0011]一种碳纤维复合材料的回收方法，包括以下步骤：步骤1：将:碳纤维复合材料在氧浓度不超过10%的环境下，以同相位微波加热，加热温度为500
‑
800℃，加热时间为1
‑
60Min，压力
‑
20Pa，使碳纤维复合材料碎块热裂解而得到去除碳纤维材料中85
‑
90%的树脂的中间产物，该中间产物含碳纤维和10
‑
15%的树脂；步骤2：在氧浓度为20
‑
25%的环境中，加热温度600
±
50
o
C，加热时间为1
‑
60Min，以燃烧步骤1得到的产物，除去步骤1得到的产物中所含的树酯，即可得到纯碳纤维。
[0012]所述步骤1中的同相位微波，其产生方法为将所有微波产生器连接于一微波发射源，微波发射源产生的微波经由2
×
(2
n
‑
1)个分波器分波n次后经由2
×
(2
n+1
‑
1)个等微波传输件传输至2
×
(2
n+1
‑
1)个微波产生器，产生同相位微波，其中n为整数。
[0013]更进一步地，所述步骤1中各微波产生器产生的微波函数方程式为，其中A为振幅，k为波导数，x为位移，ω为角频率，t为时间，θ为起始相位角。
[0014]优选地，在步骤1之前将待回收的碳纤维复合材料进行碎片化处理。
[0015]本专利技术分两步加热回收碳纤维复合材料，首先通过同相位微波对碳纤维复合材料加热以热崩解再进行第二步加热以燃烧去除复合材料中的剩余树脂，可以大幅地节省移除树酯的作业时间，具体地说，第一加热装置中以惰性气体形成低氧环境，用同相位微波对碳纤维复合材料进行加热，使碳纤维复合材料在低氧环境下产生热裂解，藉此除去碳纤维复合材料碎块中所含的85%至90%的树脂，然后已除去大部分树脂的中间产物进入有氧环境的第二加热装置进行燃烧，以氧化的方式除去剩余的10%至15%的树脂。通过先进行快速热崩解，再进行定温燃烧氧化去除复合材料中的残留基材的方式，可以大幅地节省移除基材的作业时间，避免碳纤维过热氧化损伤，而且热裂解后产生的挥发性有机化合物及燃烧后的碳氧气体可以进入气体燃烧装置再进行燃烧，而气体燃烧装置燃烧后的排放气体会经由触媒转化器转化成对环境及人体无害的排放气体，然后排放至大气。
[0016]本方法可以从碳纤维复合材料中回收得到纯的碳纤维，而且不会产生导致环境污染的副产物，整体地降低回收碳纤维制程的成本并且提升回收产能。
附图说明
[0017]图1是本专利技术的复合材料碳纤维回收系统的实施例2的示意图；图2是本专利技术实施例2的第一加热装置的示意图；图3是本专利技术实施例2的第一加热装置的侧视图；图4是本专利技术实施例2的第一加热装置的剖视图；图5是本专利技术的复合材料碳纤维回收系统的实施例2的第二加热装置的示意图；图6是本专利技术实施例2碳纤维复合材料回收系统的示意图；图7是由本专利技术的复合材料回收方法中各步骤的复合材料碳纤维复合材的状态变化图(一)；图8是由本专利技术的复合材料回收方法中各步骤的复合材料碳纤维复合材的状态变化图(二)；
图9是由本专利技术的复合材料回收方法中各步骤的复合材料碳纤维复合材的状态变化示意图；图10是表一中的4种情形的第一加热装置在相同功率下所产生的加热温度与时间之关系的曲线图；图11是本专利技术的复合材料回收方法之微波同相位场形成的示意图；图12是表一中4种情形的第一加热装置在相同功率与相同时间下所产生的加热温度的能量密度示意图，12A、12B、12C与12D,分别代表第1、第2、第3和第4种情形。
[0018]其中10
‑
破碎装置；11
‑
进料斗；12
‑
输送带；20
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料的回收系统，包括第一加热装置、第二加热装置和输送装置，其特征在于第一加热装置包括第一加热腔体、第一输送器和同相位微波的微波产生器，第一输送器贯穿第一加热腔体，微波产生器与第一加热腔体连通；第二加热装置包括第二加热腔体、第二输送器和电加热器，电加热器设置于第二加热腔体内，第二输送器穿设于第二加热腔体，第二输送器将经由第一加热装置加热后的产物输送至第二加热腔体。2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料的回收系统，其特征在于所述微波产生器包括微波发射件和金属导罩，微波发射件和金属导罩通过扣件或法兰固定连接，金属导罩连接于第一加热腔体的顶部且连通于第一加热腔体，微波发射件发射的微波经由金属导罩导引而进入第一加热腔体，金属导罩包括平行部和扩径部，扩径部的两端分别连接于平行部以及第一加热腔体，微波发射件设置于平行部，扩径部的宽度从与平行部连接的一端至与第一加热腔体连接的一端逐渐增加。3.根据权利要求1或2所述的碳纤维复合材料的回收系统，其特征在于所有微波产生器均连接于一微波发射源，微波发射源产生的微波经由2
×
(2
n
‑
1)个分波器分波n次后经由2
×
(2
n+1
‑
1)个等微波传输件传输至2
×
(2
n+1
‑
1)个微波产生器，产生同相位微波，其中n为整数。4.根据权利要求3所述的碳纤维复合材料的回收系统，其特征在于每个微波产生器所产生的微波函数方程式为，其中A为振幅，k为波导数，x为位移，ω为角频率，t为时间，θ为起始相位角。5.根据权利要求4所述的碳纤维复合材料的回收系统，其特征在于还包括与第一加热装置连通的惰性气体供给装置；与第一加热装置和第二加热装置连通的气体燃烧装置。6.根据权利要求5所述的碳纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾勇涛，王智永，
申请(专利权)人：江苏亨睿航空工业有限公司，
类型：发明
国别省市：