三维编织电磁器件可拆解回收结构及其回收方法与流程

本发明涉及功能复合材料与电磁器件制造，特别是一种三维编织电磁器件可拆解回收结构及其回收方法。

背景技术：

1、三维编织电磁器件（如编织电磁屏蔽体、编织电感/磁芯组件、纤维基电机绕组等）以导电纤维、磁纤维、绝缘纤维及结构纤维在同一三维编织工序中交织一体成型，具有比刚度高、可设计性强、电磁性能各向可调等优点，在航空航天、新能源汽车、高端装备领域应用日益广泛。

2、然而，此类器件的一体成型特性导致其回收面临根本性困境。现有纤维增强复合材料的回收路线主要有三类：一是热解法，通过高温裂解树脂基体回收纤维，但纤维长度保持率和力学性能显著下降，且对编织结构的纤维排布造成不可逆破坏；二是溶剂解聚法，将可逆交联树脂基体整体解离，虽可实现纤维无损回收，但解离发生在整个基体相，无法按功能区分选择性拆解，导电纤维、磁纤维混杂后分选困难；三是机械粉碎法，仅能获得短切纤维降级利用。

3、上述方法的共同缺陷在于：解离边界不可设计、拆解路径不可控、回收颗粒度粗放，无法实现“导电纤维归导电纤维、磁纤维归磁纤维”的功能级分离回收。对于电磁器件而言，其价值恰在于不同功能纤维的有序协同——回收过程若破坏这种有序性，纤维虽在却已丧失重新编织为电磁器件的使用价值。

4、现有技术中虽有在复合材料成型时预埋弱界面层以诱导分层（如冲击触发的易碎结构），或在层压结构中内嵌导电引线，但前者以破坏为目的、无纤维回收设计，后者目的在于电气引出而非拆解引导；以呋喃-马来酰亚胺diels-alder反应为代表的热可逆键及以聚乙烯醇为代表的水溶性材料虽已用于复合材料的自修复或基体回收，但均未与编织结构的交织路径相结合，未解决“解离边界设在何处、沿何路径可控撕开、解离到什么颗粒度”的问题。

5、此外，编织工序完成后，可解离组分无法再可靠地置入纱线交织节点的内部空隙——界面相必须在编织过程中同步构建，否则不成相、不连续、无强度。

6、因此，亟需一种在编织工序内原位构建可控解离边界、兼顾服役可靠性与功能级回收性的三维编织电磁器件结构及其配套回收方法。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种三维编织电磁器件可拆解回收结构及其回收方法，解决现有纤维基电磁器件回收中解离边界不可设计、拆解路径不可控、无法实现功能级纤维分离回收的问题，使器件在服役状态下保持整体结构可靠性和电磁性能，在回收条件下可按功能区选择性拆解并无损回收各功能纤维。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本技术提供一种三维编织电磁器件可拆解回收结构，包括：

4、三维编织电磁器件本体，由至少两个功能区在同一三维编织工序中一体编织成型，各功能区沿器件的功能划分分布并相互交织为三维交织结构；

5、可解离界面相，设置于至少两个功能区之间的界面处，夹设于相邻两个功能区的编织纱线之间，且其两侧分别与相邻功能区的纤维表面结合，将相邻的功能区在服役状态下相互连接为整体；可解离界面相由载有可解离聚合物的界面纱线在三维编织工序中作为一路独立纱线编入界面位置后原位形成；

6、拆解引导线，沿可解离界面相的延伸方向埋设于三维编织电磁器件本体内部，被编织结构包覆固定并与可解离界面相共延伸，拆解引导线的两端外露于三维编织电磁器件本体的端面形成拉拽端头；以及

7、模块化接头，设置于三维编织电磁器件本体的端部或相邻功能区之间的分界处，包括相互插接配合的可插拔公端、母端以及作用于公端与母端之一的解锁结构；公端与母端在服役状态下保持相邻功能模块之间的电连接与机械固定，并在解锁结构的作用下解除固定而分离；

8、其中，可解离界面相在服役条件下的界面剪切强度，与其在热激活条件或溶剂解离条件下的界面剪切强度相差至少一个数量级。

9、进一步地，可解离界面相在服役条件下的界面剪切强度不低于5 mpa，在热激活条件或溶剂解离条件下的界面剪切强度降至不高于0.5 mpa。

10、进一步地，至少两个功能区为沿器件轴向或径向分布的导电区、磁控区、绝缘区及结构区中的任意两种或两种以上，可解离界面相设置于导电区与磁控区之间、磁控区与绝缘区之间、绝缘区与结构区之间的至少一处；或者，该结构还包括包覆于三维编织电磁器件本体外部的外封装基体，可解离界面相夹设于三维编织电磁器件本体的外表面与外封装基体的内表面之间。

11、进一步地，载有可解离聚合物的界面纱线为表面涂覆可解离聚合物涂层的纤维纱线，或为可解离聚合物纤维本身；编入界面位置后经60 °c至100 °c的热处理或按所选可解离聚合物体系的固化条件处理，使可解离聚合物在界面处熔融、流动并固化，形成连续的可解离界面相；可解离界面相的厚度为10μm至500μm，体积分数为三维编织电磁器件本体总体积的0.5%至10%。

12、进一步地，可解离界面相为热可逆界面相，在热激活温度td为的条件下保持10min至120min后，界面剪切强度降至不高于下界面剪切强度为8mpa至25mpa；三维编织电磁器件本体的工作温度上限低于热激活温度td至少。热可逆界面相可为基于diels-alder可逆加成产物的聚合物网络，由呋喃基封端预聚物与马来酰亚胺基封端交联剂反应形成，呋喃基与马来酰亚胺基的摩尔比为1.0:1.05至1.0:1.20，预聚物的数均分子量为3000 g/mol至8000g/mol；也可为基于热可逆氨基甲酸酯键、脲键、酯键或二硫键的聚合物网络；或者为软化温度为的热熔型热塑性粘接剂，如乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚酰胺或聚酯共聚物。

13、进一步地，可解离界面相为溶剂可解离界面相，在解离溶剂于下作用10min至24h后界面剪切强度降至不高于0.5 mpa，下界面剪切强度为8mpa至20mpa；解离溶剂为去离子水、乙醇水混合液、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、二氯甲烷或丙酮中的至少一种；溶剂可解离界面相的材质为聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、水溶性共聚酯、聚乳酸、聚己内酯或热塑性聚氨酯，厚度为20μm至500μm。

14、进一步地，拆解引导线由芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维构成，单丝直径或等效直径为0.1mm至1.0mm，拉伸强度不低于2gpa，弹性模量不低于50gpa；每100mm器件长度内设置的拆解引导线数量为1根至8根；拆解引导线与可解离界面相的接触长度占界面长度的80%至100%。

15、进一步地，模块化接头的公端与母端通过卡扣、螺纹或磁性吸附连接实现插接配合，解锁结构为按压式、旋转式或拉环式；公端与母端之间在服役状态下的接触电阻不大于5mω，拉伸剪切强度不低于10 mpa；模块化接头的材质为聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酰亚胺或玻璃纤维增强尼龙，接触件为镀银铜或镀金铜。

16、进一步地，同一三维编织电磁器件本体的不同界面处分别设置热可逆界面相与溶剂可解离界面相；回收时，先对溶剂可解离界面相进行溶剂解离并拉出对应的拆解引导线分离相应功能模块，再对热可逆界面相进行热激活并拉出其余拆解引导线分离其余功能模块。

17、第二方面，本技术提供一种三维编织电磁器件的回收方法，采用上述任一项的三维编织电磁器件可拆解回收结构，包括以下步骤：

18、s1：识别待回收三维编织电磁器件的可解离界面相的化学类型及拆解引导线的拉拽端头位置；

19、s2：根据化学类型激活可解离界面相，使界面剪切强度降至激活前的十分之一以下；其中，对于热可逆界面相，加热至其热激活温度td并保持10min至120min；对于溶剂可解离界面相，浸入对应的解离溶剂并保持至界面相溶胀、软化或溶解；

20、s3：通过解锁结构分离模块化接头的公端与母端；

21、s4：夹持拉拽端头，沿拆解引导线以0.1mm/s至10mm/s的速度施加拉力，使裂纹沿可解离界面相扩展，将三维编织电磁器件本体分离为功能模块；

22、s5：对分离后的功能模块分别进行清洗、干燥、解捻中的至少一种处理以及分选，回收导电纤维、磁纤维、绝缘纤维及结构纤维。

23、本发明有益效果为：

24、1.解离边界由“事后随机”变为“设计可控”

25、本技术的可解离界面相由界面纱线在三维编织工序中作为独立纱线编入后原位形成，与功能区界面共形连续，将“解离发生在哪里”由回收时的随机结果变为结构设计阶段的主动选择，实现了功能区的定点、选择性解离，这是任何后置处理式回收方法无法达到的效果。

26、2.服役可靠性与可回收性由“相互排斥”变为“兼容并存”

27、本技术通过“服役态高强度—激活态低强度”的双状态界面设计，并以器件工作温度上限与激活温度之间的温度裕度作为设计准则，使可解离界面相在服役环境下表现为不可开裂的可靠连接，仅在人为施加的回收条件下才开放解离，从结构上消除了“为回收而牺牲可靠性”或“为可靠性而放弃回收”的两难。

28、3.拆解路径受控，功能模块结构完整

29、本技术的拆解引导线在编织中被同步编入并被编织结构包覆固定、与界面相共延伸，两端外露形成拉拽端头；激活后沿引导线拉拽，裂纹被稳定约束在界面相内沿预定路径扩展而不穿入功能区，器件按设计预案被撕开为完整的功能模块，避免了无序撕裂造成的纤维损伤与模块碎屑。