一种可保持碳纤维热解质量的回收装置及其热解回收方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于热解回收技术领域，提出一种可保持碳纤维热解质量的回收装置，包括分段式阶梯定温热解炉、惰气分段预热供气装置、辅助增压单元，部件之间通过单向导轨和不锈钢传输管道连接，经过预处理洗涤烘干的碳纤维废料按时间间隔、周期性的分别向分段式阶梯定温热解炉提供碳纤维废料，惰气分段预热可根据热解炉的温度区间范围不同分别提供对应温度的惰气，确保热解反应在合适的温度和无氧条件下，同时分段式阶梯定温热解炉的导轨盖可通过液压控制其传输速率，快速、慢速进入热解炉，并能控制进出口侧的炉门闭合等动作，全过程除了上料均为自动化控制。自动化控制。自动化控制。

【技术实现步骤摘要】
一种可保持碳纤维热解质量的回收装置及其热解回收方法


[0001]本专利技术涉及质量回收
，具体涉及一种可保持碳纤维热解质量的回收装置及其热解回收方法。

技术介绍

[0002]碳纤维增强树脂基复合材料因其优异的耐腐蚀、热稳定性、高强度和抗冲击性能，在航空、航天、汽车、风电等多个领域有着广泛的应用前景，但碳纤维高昂的价格限制了碳纤维增强树脂基复合材料的广泛使用，美国能源部的碳纤维研究文档显示聚丙烯腈碳纤维的生产成本高达8美元/磅以上。碳纤维增强树脂基复合材料在生产过程中产生的边角料、残次品、使用过程中破坏的结构件及超过使用期的报废品中含有大量昂贵的碳纤维，因此，废旧复合材料的回收与再利用被认为是实现碳纤维广泛应用的关键。碳纤维增强树脂基复合材料由于具有三维交联网状结构，无法再次熔融和二次成型加工，并且耐热、耐化学腐蚀和生物降解，使得这类废旧材料的回收再利用成为难题。
[0003]当前，对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、热回收法及化学回收法。机械回收法是在机械力的作用下粉碎复合材料，破坏纤维和树脂基体之间的界面结合力，从而使纤维从交联结构中剥离出来，经进一步的筛分得到富含基体树脂的粉末和短切纤维状产物，通过本方法获得的纤维力学性能下降，实用价值不高；热回收法是将复合材料通过焚化处理，将燃烧的热量转化为其它能量而加以利用的方法，该回收过程中会产生有毒气体，并且回收的碳纤维表面存在碳沉积，回收质量较差，为此，我们提出一种可保持碳纤维热解质量的回收装置及其热解回收方法。

技术实现思路
r/>[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种可保持碳纤维热解质量的回收装置及其热解回收方法以满足市场的需求。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可保持碳纤维热解质量的回收装置，包括分段式阶梯定温热解炉、惰气分段预热供气装置、辅助增压单元，所述辅助增压单元用于将内部的气体送入惰气分段预热供气装置中，所述惰气分段预热供气装置用于对气体升温到气体的超临界状态，获得惰性气体，之后将惰性气体送入到分段式阶梯定温热解炉中，同时调配相应的化学降解液，通过与分段式阶梯定温热解炉相连的降解液容器送入分段式阶梯定温热解炉中，所述分段式阶梯定温热解炉内部放置有待降解的碳纤维增强树脂基复合材料，通过惰性气体与化学降解液对碳纤维增强树脂基复合材料进行降解，得到碳纤维材料，之后将碳纤维材料送入到与惰气分段预热供气装置相连的洗涤装置中进行洗涤，洗涤完之后送入后方的烘干装置进行烘干。
[0006]作为一种优化的技术方案，所述辅助增压单元由高压泵、质量流量计和气体储存罐构成，所述分段式阶梯定温热解炉包括热解炉主体、热解炉导轨盖、热解炉恒温加热装置、热解炉炉内温度压力检测装置、侧边稳定器和安全阀。
[0007]作为一种优化的技术方案，在所述分段式阶梯定温热解炉的热解炉主体内部设置有装料容器，所述热解炉主体与热解炉导轨盖之间采用柔性石墨密封圈密封，所述辅助增压单元的高压泵通过设置有压力安全阀和单向导轨的传输管道与所述惰气分段预热供气装置的气体入口联通，所述惰气分段预热供气装置通过传输管道与后端的分段式阶梯定温热解炉的惰性气体入口相连。
[0008]作为一种优化的技术方案，所述传输管道为不锈钢传输管道，所述热解炉导轨盖有液压控制系统控制，所述分段式阶梯定温热解炉设置有多组，所述气体为它们是氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中的一种或多种，所述化学降解液为磷酸水溶液或亚硫酸水溶液，所述化学降解溶剂中还包括过氧化氢和溴化苄，所述过氧化氢的浓度为10％～45％，所述溴化苄的浓度为1％～5％，所述磷酸水溶液或亚硫酸水溶液的浓度为40％～85％。
[0009]本专利技术提出的一种可保持碳纤维热解质量的热解回收方法，包括以下步骤：
[0010]S1：材料预处理，将各个分段式阶梯定温热解炉1依次标号为分段式阶梯定温热解炉1、分段式阶梯定温热解炉2、
…
、分段式阶梯定温热解炉n，将待降解的碳纤维增强树脂基复合材料依序加入至各分段式阶梯定温热解炉1中碳纤维增强树脂基复合材料的质量相同；
[0011]S2：生产惰性气体，将气体加入至辅助增压单元中，辅助增压单元对气体加压并泵送至惰气分段预热供气装置中，在惰气分段预热供气装置中对气体升温至超临界状态，获得惰性气体；
[0012]S3：碳纤维热解，由惰气分段预热供气装置等时间间隔t2的依序向各个分段式阶梯定温热解炉提供惰性气体，使得惰性气体降解相应分段式阶梯定温热解炉中的碳纤维增强树脂基复合材料的树脂成分，所述时间间隔t2保证在惰气分段预热供气装置向分段式阶梯定温热解炉n提供完惰性气体后，分段式阶梯定温热解炉1已完成降解，再次间隔t2后，惰气分段预热供气装置继续向分段式阶梯定温热解炉1提供惰性气体，依次循环；
[0013]S4：洗涤干燥，将经过n次时间间隔t2后为各个分段式阶梯定温热解炉进行卸料，降解所得产物通过不锈钢传输管道送入后端的洗涤装置和干燥装置进行洗涤和干燥，得到碳纤维材料。
[0014]作为一种优化的技术方案，相对于水的润湿性，通过Wilhelmy法并通过在(23
±
0.5)℃的单纤维测量确定为张力度测量接触角，其不超过75
°
，小于0.5wt％比例的热解残渣，所述比例基于回收的碳纤维并通过重量分析测定，在其表面上的含氧官能团，即极性和/或亲水性基团，选自苯酚、羧基、羰基、醛、酮基、羟基和氧代基团，通过化学分析电子能谱法(ESCA)来确定，并且在其表面上具有凹槽、沟槽、凹部、沟、划痕或弧坑。
[0015]作为一种优化的技术方案，其中回收碳纤维具有相对于水的润湿性，通过Wilhelmy法并通过在(23
±
0.5)℃的单纤维测量确定为张力度测量接触角，其不超过73
°
，并且回收碳纤维具有0.001
‑
0.5wt％比例的热解残渣，所述比例基于回收的碳纤维并通过重量分析测定。
[0016]作为一种优化的技术方案，回收的碳纤维具有1000至6000MPa的拉伸强度，回收的碳纤维可具有20至1000GPa的弹性模量，回收的碳纤维具有0.1至100μm的平均纤维直径。
[0017]本专利技术所具有的有益效果是：
[0018]相比现有技术，本专利技术设置有分段式阶梯定温热解炉，能够根据具体的待回收废
料数量来选择需要使用的分段式阶梯定温热解炉数量，节约资源，降解反应高效，同时分段式阶梯定温热解炉的导轨盖可通过液压控制其传输速率，快速、慢速进入热解炉，并能控制进出口侧的炉门闭合等动作，全过程除了上料均为自动化控制，并且本专利技术采用惰气分段预热供气装置等时间间隔、周期性的分别向多个分段式阶梯定温热解炉直接提供降解复合材料所需的惰性气体，减少在分段式阶梯定温热解炉中制备惰性气体所需的升温时间，提高了生产效率。
附图说明
[0019]图1是本专利技术提出的一种可保持碳纤维热解质量的回收装置的结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可保持碳纤维热解质量的回收装置，其特征在于：包括分段式阶梯定温热解炉(1)、惰气分段预热供气装置(4)、辅助增压单元(19)，所述辅助增压单元(19)用于将内部的气体送入惰气分段预热供气装置(4)中，所述惰气分段预热供气装置(4)用于对气体升温到气体的超临界状态，获得惰性气体，之后将惰性气体送入到分段式阶梯定温热解炉(1)中，同时调配相应的化学降解液，通过与分段式阶梯定温热解炉(1)相连的降解液容器(3)送入分段式阶梯定温热解炉(1)中，所述分段式阶梯定温热解炉(1)内部放置有待降解的碳纤维增强树脂基复合材料，通过惰性气体与化学降解液对碳纤维增强树脂基复合材料进行降解，得到碳纤维材料，之后将碳纤维材料送入到与惰气分段预热供气装置(4)相连的洗涤装置(5)中进行洗涤，洗涤完之后送入后方的烘干装置(6)进行烘干。2.根据权利要求1所述的一种可保持碳纤维热解质量的回收装置，其特征在于：所述辅助增压单元(19)由高压泵(9)、质量流量计(10)和气体储存罐(11)构成，所述分段式阶梯定温热解炉(1)包括热解炉主体(18)、热解炉导轨盖(12)、热解炉恒温加热装置、热解炉炉内温度压力检测装置、侧边稳定器(15)和安全阀(14)和底端安全阀(17)。3.根据权利要求1或2所述的一种可保持碳纤维热解质量的回收装置，其特征在于：在所述分段式阶梯定温热解炉(1)的热解炉主体(18)内部设置有装料容器(16)，所述热解炉主体(18)与热解炉导轨盖(12)之间采用柔性石墨密封圈(13)密封，所述辅助增压单元(19)的高压泵(9)通过设置有压力安全阀(2)和单向导轨(8)的传输管道(7)与所述惰气分段预热供气装置(4)的气体入口联通，所述惰气分段预热供气装置(4)通过传输管道与后端的分段式阶梯定温热解炉(1)的惰性气体入口相连。4.根据权利要求1或3所述的一种可保持碳纤维热解质量的回收装置，其特征在于：所述传输管道(7)为不锈钢传输管道，所述热解炉导轨盖(12)有液压控制系统控制，所述分段式阶梯定温热解炉(1)设置有多组，所述气体为它们是氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中的一种或多种，所述化学降解液为磷酸水溶液或亚硫酸水溶液，所述化学降解溶剂中还包括过氧化氢和溴化苄，所述过氧化氢的浓度为10％～45％，所述溴化苄的浓度为1％～5％，所述磷酸水溶液或亚硫酸水溶液的浓度为40％～85％。5.一种可保持碳纤维热解质量的热解回收方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：材料预处理，将各个分段式阶梯定温热解炉1依次标号为分...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱强，
申请(专利权)人：志福环保产业江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：