一种微波熔盐协同催化处理碳纤维复合材料回收碳纤维的方法技术

本发明专利技术公开了一种微波熔盐协同催化处理碳纤维复合材料回收碳纤维的方法，属于碳纤维复合材料技术领域。具体为：将废弃碳纤维复合材料与熔盐催化剂混合后，微波加热、冷却，所得固体产物即为回收的碳纤维。本发明专利技术的方法能有效提高碳纤维的回收率、避免碳纤维各项性能的大幅下降，降低处理成本，操作工艺简单，实现资源节约和环境保护的目的，适合工业化生产。适合工业化生产。适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种微波熔盐协同催化处理碳纤维复合材料回收碳纤维的方法


[0001]本专利技术属于碳纤维复合材料
，具体涉及一种微波熔盐协同催化处理碳纤维复合材料回收碳纤维的方法。

技术介绍

[0002]碳纤维增强树脂基复合材料具有比强度高、比模量高、耐热性和耐腐蚀性等优异性能，因而被广泛应用于航空航天、风力发电、体育休闲、建筑、交通运输等多个领域。随着碳纤维复合材料需求量的增多，其废弃物也将越多，这会造成环境污染、资源浪费等问题。因此，对废弃碳纤维进行高效回收对碳材料的发展具有重大意义。
[0003]现有技术中，碳纤维复合材料的主要回收方法包括机械法、化学法和热解法。其中，机械法是将碳纤维增强树脂复合材料作为不可燃固体废物，通过切磨成粉末或颗粒作为填料、铺路材料等，甚至通过填埋方式进行处理。但是，碳纤维增强树脂复合材料中含有高价值的碳纤维，采用这些处理方式无疑会造成碳纤维资源的巨大浪费。例如Palmer等[Successful closed
‑
loop recycling of thermoset composites.Composites Part A：Applied Science and Manufacturing，2009；40：490
‑
49]对废弃的复合材料进行机械处理后，其将回收物切磨成颗粒或粉末作为填料使用，造成了对碳纤维增强树脂复合材料中含有的高价值的碳纤维资源的浪费。
[0004]化学法通过化学反应将交联的树脂组分降解，再将降解后的小分子溶解于溶剂中，实现了从碳纤维增强树脂复合材料中回收碳纤维的目的。但是，此方法在化学回收过程中使用了大量的溶剂，极易对环境产生污染；此外，使用后的溶剂分离(分液、萃取、蒸馏等)操作过程复杂，导致回收成本较高。例如Jiang等[On the successful chemical recycling of carbon fiber epoxy resin composites under the mild condition.Composites Science and Technology，2017，151：243
‑
251]利用硫酸或硝酸对废弃复合材料进行预处理，在KOH和聚乙醇溶液中实现了碳纤维复合材料中碳纤维的回收。但是，其在回收过程中使用了大量的硫酸或硝酸以及聚乙醇溶液，对环境造成污染，并且回收过程更加复杂，增加了回收成本。
[0005]热解法是利用增强纤维的耐高温特点，将废弃碳纤维增强树脂复合材料置于惰性气体或空气氛围中进行高温热分解的方法。热解法工艺操作简单，是目前回收碳纤维最常用的方法，但是回收得到的碳纤维表面易形成大量热解碳或者因温度过高而氧化过度，这些都会导致碳纤维性能的大幅度下降。这将对回收碳纤维后续的加工以及加工再利用性能产生影响。例如Yang等[Recycling of carbon fiber rein forced epoxy resin composites under various oxygen concentrations in nitrogen
‑
oxygen atmosphere.Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，2015，112：253
‑
26]通过在空气氛围下，探究了温度对回收碳纤维性能的影响。但是，反应温度过高使碳纤维表面部分发生氧化。
[0006]综上所述，如何简单、环保且高效地从废弃碳纤维复合材料中回收碳纤维是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种微波熔盐协同催化处理碳纤维复合材料回收碳纤维的方法。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0009]本专利技术提供了一种微波熔盐协同催化处理碳纤维复合材料回收碳纤维的方法，包括以下步骤：
[0010]将废弃碳纤维复合材料与熔盐催化剂混合后，微波加热、冷却，所得固体产物即为回收的碳纤维。
[0011]有益效果：本专利技术利用微波对废弃碳纤维复合材料的选择性加热的特性，使碳纤维树脂基复合材料整体均匀加热，极大地缩短了处理时间，从而提高了碳纤维的回收效率和效果。
[0012]进一步地，所述熔盐催化剂的用量为0.1
‑
0.5g
·
cm
‑2，所述废弃碳纤维复合材料与熔盐催化剂的质量为1∶(2
‑
4)。
[0013]进一步地，所述废弃碳纤维复合材料包括基体树脂和碳纤维。
[0014]更进一步地，所述基体树脂包括环氧树脂、不饱和聚脂、酚醛树脂、乙烯基树脂中的一种或几种；所述碳纤维包括PAN基碳纤维或沥青基碳纤维中的一种或两种。
[0015]进一步地，所述熔盐催化剂包括以下质量分数的原料：氯化锌80
‑
100％和氯化钾0
‑
20％。
[0016]有益效果：本专利技术加入氯化锌和氯化钾为熔盐催化剂，当反应达到一定温度下，该熔盐催化剂变成熔融态的液膜附着于碳纤维表面并渗透到材料体系中，其中氯化锌在热解过程中起主要催化作用，能有效降低树脂热解的温度与时间，氯化钾的加入主要是为了与氯化锌形成共熔盐，达到较低的熔点。
[0017]进一步地，所述微波加热为：微波加热至300
‑
500℃后，保温10
‑
60min；所述微波加热的频率为865
‑
965MHz或2400
‑
2500MHz；所述微波加热时需要通入4
‑
10LPM的空气。
[0018]有益效果：本专利技术在常压下通入空气，控制一定的温度，使废弃碳纤维复合材料中的树脂发生氧化反应，而碳纤维不发生反应，从而去除树脂有机物，进而得到表面光滑且基本无残留树脂的碳纤维。
[0019]进一步地，所述固体产物需要在水中进行超声清洗10
‑
30min，然后在温度为60℃下干燥60
‑
100min。
[0020]进一步地，所述废弃碳纤维复合材料可以为板式结构，也可以为异形件。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]本专利技术提供了一种微波熔盐协同催化处理碳纤维复合材料回收碳纤维的方法，通过加入熔盐催化剂，进而降低降解废弃碳纤维增强树脂复合材料中的树脂基体的降解温度与时间。将降解后的碳纤维在水中进行超声清洗后得到干净且未受到氧化的碳纤维，因此，回收得到的碳纤维力学性能下降的程度小，单丝拉伸强度保持率较高。
[0023]此外，本专利技术在树脂有机物燃烧的同时保证碳纤维长度直径基本无烧损，得到的
回收碳纤维表面光洁，无明显缺陷，无树脂残留，可以再次与基体复合成新的碳纤维增强复合材料。本专利技术的操作工艺简单，能有效提高碳纤维的回收率，降低处理成本，是一种绿色环保的回收方法，适合工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波熔盐协同催化处理碳纤维复合材料回收碳纤维的方法，其特征在于，包括以下步骤：将废弃碳纤维复合材料与熔盐催化剂混合后，微波加热、冷却，所得固体产物即为回收的碳纤维。2.根据权利要求1所述的一种微波熔盐协同催化处理碳纤维复合材料回收碳纤维的方法，其特征在于，所述熔盐催化剂的用量为0.1
‑
0.5g
·
cm
‑2，所述废弃碳纤维复合材料与熔盐催化剂的质量比为1∶(2
‑
4)。3.根据权利要求1所述的一种微波熔盐协同催化处理碳纤维复合材料回收碳纤维的方法，其特征在于，所述废弃碳纤维复合材料包括基体树脂和碳纤维。4.根据权利要求3所述的一种微波熔盐协同催化处理碳纤维复合材料回收碳纤维的方法，其特征在于，所述基体树脂包括环氧树脂、不饱和聚脂、酚醛树脂、乙烯基树脂中的一种或几种；所述碳纤维包括PAN基碳纤维或沥青基碳纤维中的一种或两种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭胜惠，郭永静，侯明，杨黎，管文瀚，朱小宝，赵国振，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
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