再循环复合材料和相关方法技术

本发明专利技术公开了由纤维

【技术实现步骤摘要】
再循环复合材料和相关方法
本申请是申请日为2017年8月10日，申请号为201780078172.2(国际申请号为PCT/US2017/046245)，名称为再循环复合材料和相关方法的专利技术专利申请的分案申请。


[0001]本文的实施方式涉及复合材料的再循环和再利用，尤其涉及风力涡轮机材料的再循环和再利用以产生复合材料，例如刨花板(particle board)。

技术介绍

相关技术的讨论
[0002]几乎每个产业都使用玻璃纤维和纤维增强材料来生产各种部件和产品。由于对消费品和工业产品需求的增加(尤其是在电子、航空器、建筑、可再生能源、汽车和基础设施开发(例如公共结构)中)，全球对这些材料的需求激增。在美国、中国和印度，近80％的消费品购买在使用一次后被丢弃。这些经济体为利用过剩的可用废弃材料提供了巨大的机会。全球对清洁能源和基础设施升级的需求预计也将推动复合纤维玻璃产业未来的增长。
[0003]然而，在许多方面，由于负面的环境影响，玻璃纤维和纤维增强材料在消费品和商业市场中均成问题。其它产品之中，例如，玻璃纤维隔热材料现在被视为是对环境以及个体健康(如果吸入的话)的潜在危害。事实上，加利福尼亚州要求“玻璃纤维生产商在加利福尼亚州制造或销售的玻璃纤维建筑隔热材料中使用至少30％的消费者用过的碎玻璃”(加州综合废物管理委员会，2009年)。与此同时，美国对再循环和再生消费品的需求在不断增长。根据环境保护局的说法，美国人现在与美国历史上任何时候相比在更多地回收。1990年，美国人回收了16％的废弃物，这一比例在2005年增加至32％。城市固体废弃物也减少了200万吨，降至全国不到2.46亿吨。
[0004]玻璃纤维和其他纤维增强材料长期以来难以再循环到新的和有用的产品中。例如，一些玻璃纤维制品制造商正试图在生产过程中大大增加再生玻璃纤维的使用。尽管这些公司已经研究了在国内外回收消费品用玻璃纤维的方法，但是制造商只能获得足够的再生玻璃纤维来代替玻璃纤维产品中使用的10％至25％的原生树脂(virgin resin)。特别地，风力涡轮机(WT)叶片是由玻璃纤维(纤维聚合物基质)复合材料(GFC)构成的大型物品，其在叶片的某些区域中具有木芯并且通常具有70/30的GFC/木材重量比率。聚合物基质可以是热固性树脂，例如环氧树脂、聚酯树脂或乙烯基酯树脂。树脂被固化(加热时不软化)并且是可回收风力涡轮机(rWTB)混合物的一部分。按比例，玻璃纤维增强聚合物(GFRP)约占叶片总重量的三分之二。在许多情况下，这种大型物品，即复合材料风车涡轮机叶片，被简单地埋在垃圾填埋场中或燃烧。
[0005]对最大限度地使用再生纤维增强产品(例如再循环上述风力涡轮机叶片)有兴趣的原因有很多。在再生玻璃纤维提供了降低制造成本的途径的同时，环境问题也激励制造商重复使用或再循环纤维增强产品。消费者正表现出对环保型制造商的偏好，并且联邦和州政府经常正调查从废物流中除去玻璃纤维的时间表的强制要求，或强制要求在成品中使
用再生复合材料。
[0006]过去尝试回收玻璃纤维失败的一个主要原因是因为确保进料充足供应的收集系统没有到位。此外，许多企业都失败了，这是因为他们无法获得足够的原材料来满足需求。此外，对或有负债的担忧阻止一些生产者将材料送去再循环。
[0007]关于风力涡轮机叶片，这种部件具有20至25年的预测寿命，并且目前没有可接受且可负担的解决方案用于分解废弃材料并随后将用于重建的这些材料再循环成有益的替代产品。有三种不同的再循环方法：机械方法、热学方法和化学方法。特别是机械技术，这是最简单的方法以及目前唯一达到商业水平的解决方案，其利用粉碎机(shredder)，其中所生产的材料产生复合材料、玻璃纤维和基质粉末的块件。特别地，该技术试图减少原始玻璃纤维的量，这能降低最终再造产品的成本。然而，作为制得复合材料中唯一的增强部件的粉碎的复合材料仍然困难。
[0008]关于可回收纤维增强原材料的缺乏，一个还可以帮助相关收集系统的可能的解决方案是，研究跟踪由风电场(wind farm)产业产生的废弃叶片部件的丰度，以便获得可用的废弃风力涡轮机叶片组分的数据库。然而，目前没有适用于风力涡轮机叶片材料的再利用、再制造、焚烧或处置以便再循环到有益产品(例如本文所公开的新型聚合物复合材料)中的有益跟踪方法和/或系统。
[0009]Robert J Wolf于2007年3月6日提交的名称为“Method of Recycling Fiberglass reinforced Plastics”的美国专利号8,361,358中描述并要求保护一种由再循环增强塑料提供产品的方法的背景信息，包括以下内容：“[a]再循环玻璃纤维增强塑料的方法。这些步骤包括用研磨机将用过的纤维增强塑料材料例如废料研磨成预定长度，以形成研磨的增强塑料材料。然后将研磨的增强材料与混合剂混合以形成复合材料，该复合材料被加热以固化复合材料以形成面板(panel)。”[0010]William E.Amour于1995年3月9日提交的名称为“Method of Recycling Fiberglass reinforced Plastics”的美国专利号5,569,424中描述并要求保护一种再循环废弃复合材料的方法的背景信息，包括以下内容：“[a]用于再循环废弃复合材料的方法和设备。该方法包括：将固化的废弃复合材料预切碎成尺寸可管理的条带；将预切碎的条带调节成树脂颗粒和松散纤维(其长度约为0.5英寸到1.5英寸)；将树脂颗粒和松散纤维与未固化的树脂混合；以及将所得混合物放入具有轮廓成形表面的模具中以形成复合部件。通过使复合材料条带通过具有高速旋转叶片的调节器来对其进行调节。旋转叶片包括多个成角度的切割尖端，其将废弃复合材料切碎成松散纤维和树脂颗粒。树脂颗粒和松散纤维穿过围绕切割叶片和切割尖端的圆柱形筛网中的孔。”[0011]Richard Baker于1994年12月12日提交的名称为“Recycled fiber reinforced resin containing product”的美国专利号5,681,194中描述并要求保护一种提供含有再生纤维增强树脂的产品的方法的背景信息，包括以下内容：“[a]含有再生纤维增强树脂的产品，以及制造这种含有再生纤维增强树脂的产品的方法，以及用于制造这种含有再生纤维增强树脂的产品的装置，所述产品包含与一定量粒状聚集体(granular aggregate)材料混合在一起的一定量的纤维增强树脂块，以及粘合剂，其中纤维增强树脂块和粒状聚集体被混合和埋置在粘合剂中，粘合剂选自具有初始塑性状态的材料，其中可将纤维增强树脂块和粒状聚集体混合，然后在不加热的情况下将粘合剂材料在室温下硬化成硬质块。”。
Pearce等人在“Recycling of Wind Turbine Blades”(www.appropedia.com)中描述了关于再循环风力涡轮机叶片的其他背景信息，并且如“Recycling of Wind Turbine本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生产复合材料产品的再循环方法，包括：跟踪一个以上由能源生产者使用的复合材料风力涡轮机叶片以获取一个以上跟踪的复合材料风力涡轮机叶片，其中所述跟踪包括收集和组织与所述能源生产者使用的一个以上所述复合材料风力涡轮机叶片有关的信息；处理一个以上跟踪的复合材料风力涡轮机叶片，以形成所得复合材料风力涡轮机叶片材料的多个块件，每个所述块件的至少一个尺寸为1/2英寸以下；将经处理的所得复合材料风力涡轮机叶片材料与以下材料混合：树脂、水分和一种以上添加物；将经处理的复合材料风力涡轮机叶片材料的混合物形成为用于提供所得复合材料产品的形状；施加压力和温度以固化所形成的混合物；和提供用于一个以上跟踪的复合材料风力涡轮机叶片的监管链记录，其反映一个以上跟踪的复合材料风力涡轮机叶片从所述跟踪步骤到处理步骤、混合步骤、形成步骤和施加步骤的路径。2.根据权利要求1所述的再循环方法，其中，所述跟踪步骤还包括将信用额再循环给所述能源生产者。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在固化前，所述一种以上添加物包含以下中的至少一种：粘合剂、填料、催化剂、补强剂、填料、聚集体固体颗粒、聚集体岩石、砾石、砂...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，K，
申请(专利权)人：GFSI集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：