一种无损闭环式回收复合材料中碳纤维的方法与流程

一种无损闭环式回收复合材料中碳纤维的方法
【技术领域】
1.本发明涉及碳纤维回收的技术领域，特别是一种无损闭环式回收复合材料中碳纤维的方法的技术领域。


背景技术：

2.碳纤维增强高性能热固性环氧树脂基复合材料(cfrc)因其高强度重量比、高刚度重量比和抗疲劳性能好等优点，被越来越多地应用于飞机、汽车、高速列车和船舶等大规模交通运输领域之中。但是，cfrc自身三维永久性交联网络结构所具有的良好的机械性能、热学性能和化学性能，反过来也导致了人们难以从其中回收碳纤维。
3.为了避免碳纤维的浪费，目前，从cfrc废弃物中回收碳纤维的方法主要有机械粉碎法、化学溶剂法、热裂解法和超临界法等。这些方法虽各具有优点，但都存在不足之处。机械粉碎法最终只能得到高分子和碳纤维的混合碎屑，回收的附加值极低。热裂解法和超临界法都需要采用专用的耐压或者耐高温装置，导致碳纤维的回收成本大大增长。化学溶剂法则在处理后会得到溶有高分子的有机溶剂废液或者硝酸废液，而这些废液的处理则增加了回收的成本，并且若处理不当还会产生二次污染。因此，如何以有用且无损的方式从cfrc废弃物中回收碳纤维，成为了人们亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种无损闭环式回收复合材料中碳纤维的方法，能够以有用且无损的方式从cfrc废弃物中回收碳纤维。
5.为实现上述目的，本发明提出了一种无损闭环式回收复合材料中碳纤维的方法，包括如下步骤：
6.s1、环氧树脂溶液的制备：
7.称取重量比例为6.5～8.5份的三官能类耐高温环氧树脂、6.5～8.5份的含磷阻燃环氧树脂以及6.5～10.5份的含亚胺固化剂，先将对三官能类耐高温环氧树脂和含磷阻燃环氧树脂相混合，得到环氧共混物epf，再加入含亚胺固化剂并混合，得到环氧树脂溶液；
8.s2、预浸料的制备：
9.将待回收的碳纤维布浸入s1中所制备的环氧树脂溶液之中，再取出浸润有环氧树脂溶液的碳纤维布并烘干，得到预浸料；
10.s3、复合材料的制备：
11.将s2中所制备的预浸料层层铺叠，再在高温下压制固化，得到复合材料；
12.s4、降温材料的制备：
13.冷却s3中所制备的复合材料，得到降温材料；
14.s5、碳纤维再处理回收：
15.将s4中所制备的降温材料置入过量的乙二胺(eda)之中并加热直至完全降解，得到降解液和碳纤维，再将碳纤维清洗并烘干；
16.s6、闭环回收：
17.将s5中所制备的降解液在真空下蒸馏得到回收的环氧粉末，再将环氧粉末压制得到环氧共混物epf。
18.作为优选，所述s1中，三官能类耐高温环氧树脂为mf
‑
3101l环氧树脂。
19.作为优选，所述s2中，烘干温度为60～100℃，烘干时间为10～20mins。
20.作为优选，所述s3中，在压制压力为0.1～0.3mpa下分三段分别固化40～ 80mins，三段固化温度分别为60～100℃、120～160℃和150～190℃。
21.作为优选，所述s4中，将s3中所制备的复合材料冷却至20～30℃。
22.作为优选，所述s5中，降解温度为80～120℃，降解时间为1.5～2.5h。
23.作为优选，所述s6中，压制温度为160～200℃，压制压力为4～6mpa，压制时间为20～60mins。
24.本发明的有益效果：本发明采用对三官能类耐高温环氧树脂、含磷阻燃环氧树脂和含亚胺固化剂共同配置形成环氧树脂溶液，再在对待处理的碳纤维布进行浸渍、烘干、铺叠和压制步骤后得到复合材料，最终利用乙二胺降解复合材料，直接从布料中无损脱离出碳纤维，又可在蒸馏和压制处理后回收对环氧共混物epf，实现原料的重复再利用，整个过程不会产生废弃物，可有效避免二次污染；通过对复合材料进行冷却处理，使得纤维布之间粘性提高并固化，从而提高纤维布的塑形效果。
25.本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
26.图1是实施例一的部分流程示意图；
27.图2是实施例二的扫描电镜图。
28.图中：a
‑
在加工前的50μm级的cfrc；b
‑
在加工前的20μm级的cfrc； c
‑
在连续加工两次后的50μm级的cfrc；d
‑
在连续加工两次后的20μm级的 cfrc。
【具体实施方式】
29.实施例一：
30.s1、环氧树脂溶液的制备：
31.称取重量比例为7.5g份的三官能类耐高温环氧树脂、7.5g份的含磷阻燃环氧树脂以及8.7份的含亚胺固化剂，先将对三官能类耐高温环氧树脂和含磷阻燃环氧树脂相混合，得到环氧共混物epf，再加入含亚胺固化剂并混合，得到环氧树脂溶液；
32.其中，三官能类耐高温环氧树脂为mf
‑
3101l环氧树脂；
33.s2、预浸料的制备：
34.将待回收的碳纤维布浸入s1中所制备的环氧树脂溶液之中，再取出浸润有环氧树脂溶液的碳纤维布并烘干，得到预浸料；
35.其中，烘干温度为80℃，烘干时间为15mins；
36.s3、复合材料的制备：
37.将s2中所制备的预浸料层层铺叠，再在高温下压制固化，得到复合材料；
38.其中，在压制压力为0.2mpa下分三段分别固化60mins，三段固化温度分别为80℃、
140℃和170℃；
39.s4、降温材料的制备：
40.冷却s3中所制备的复合材料，得到降温材料；
41.其中，将s3中所制备的复合材料冷却至25℃；
42.s5、碳纤维再处理回收：
43.将s4中所制备的降温材料置入过量的乙二胺之中并加热直至完全降解，得到降解液和碳纤维，再将碳纤维清洗并烘干；
44.其中，降解温度为100℃，降解时间为2h；
45.s6、闭环回收：
46.将s5中所制备的降解液在真空下蒸馏得到回收的环氧粉末，再将环氧粉末压制得到环氧共混物epf；
47.其中，压制温度为180℃，压制压力为5mpa，压制时间为40mins。
48.实施例二：
49.将碳纤维增强高性能热固性环氧树脂基复合材料(cfrc)如实施例一连续加工两次，并检测加工前和每一次加工后回收的碳纤维的各项物理性能，测试结果如下表1所示：
50.样品名存储模量(mpa)拉伸强度(mpa)弯曲强度(mpa)原始材料2964705603加工一次3478625564加工两次3801578490
51.表1碳纤维物理性能
52.参阅图1和图2，在加工一次后，回收的碳纤维的存储模量增大了17.34％，拉伸强度和弯曲强度分别降低了11.35％和6.47％，而在加工两次后，回收的碳纤维的存储模量则增大了28.24％，拉伸强度和弯曲强度则分别降低了18.01％和 18.74％。在加工一次和两次后的，回收的碳纤维存储模量、拉伸强度和弯曲强度均满足回收使用的标准。此外，扫描电镜显示，回收前后的碳纤维的表面变化不大。
53.上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。