回收碳纖維增強環氧樹脂復合材料的方法

  碳纖維/環氧樹脂復合材料具有密度小、比強度及比模量都比較高的特點。隨著低碳經濟的發展,碳纖維/環氧樹脂復合材料在各個領域的用量迅猛增長,而且拓展到新興的領域,如新能源、高速列車等。隨著碳纖維/環氧樹脂復合材料在這些高新領域的應用,所產生的熱固性樹脂廢舊物與Et俱增,一方面給環境帶來了巨大的壓力,另一方面復合材料中含有高價值的碳纖維成分,如果對復合材料進行簡單處理,就會造成資源的浪費。
  目前,高效回收碳纖維/環氧樹脂復合材料的方法鮮少。焚燒的方法只能回收部分熱量,而且還會產生易污染環境的氣體;高溫熱降解回收到干凈的填料和增強纖維,但需要在較高的反應溫度下進行,對反應設備要求較高。
  該發明的目的是提供一種能在溫和的條件下高效地回收纖維增強的環氧樹脂復合材料的方法。該方法以綠色氧化劑和有機試劑為反應試劑,在溫和的溫度下進行反應,通過控制反應條件,使樹脂的降解產物以苯酚及其同系物產生,通過重結晶、減壓蒸餾、萃取等方法使降解產物以晶體的形式以降解液中析出。該方法不僅實現纖維的回收,特別是高價值纖維— 碳纖維的回收,而且實現樹脂的可控回收。方法包括以下步驟:
 ?、賹⑺璺纸獾奶祭w維增強環氧樹脂復合材料切割成體積小于5 cm3的塊體,將切割后的復合材料置于裝有酸液的回流裝置中,以該酸液沸點溫度加熱5—30 min后,取出復合材料,先用工業丙酮洗滌、再用去離子水洗滌,重復洗滌3~5次,然后放入80℃~120℃的真空干燥箱干燥 12~24 h,得到處理后的復合材料;
 ?、趯⑻幚砗蟮膹秃喜牧现糜诿芊夥磻?,然后加入有機溶劑和氧化劑;每100 理后的復合材料加入50~2 000 ml的有機溶劑,每100 g處理后的復合材料加入 50 ~2 000 g的氧化劑;
  ③將密封反應釜在50℃~300 ℃下加熱10~120 min,然后自然冷卻至常溫,得到初級產物。
 ?、軐⒊跫壆a物中的固體產物用工業丙酮洗滌3~5次,置于工業丙酮溶液中浸漬12 ~72 h,取出干燥后得到回收碳纖維;將初級產物中的液體產物進行減壓蒸餾獲得苯酚及其衍生物。
  該發明方法具有環境友好、成本低廉、反應條件溫、降解產物易與反應液分離、樹脂和纖維的回收率高、資源的可循環利用等優點,可彌補長期以來難以高效回收、反應后處理復雜、難以實現工業化等缺陷,從一定程度上能緩解熱固性樹脂及其復合材料給環境的壓力且實現資源的循環利用。
  該發明方法以綠色氧化劑和有機溶劑的混合物做反應體系,使復合材料在較為溫和的條件下降解成為苯酚及其同系物并溶于反應體系中,經過重結晶、減壓蒸餾、萃取等方法使降解產物以晶體等較易分離的形式從反應體系分離出來,從而實現碳纖維和環氧樹脂的各自回收,實現資源的循環利用,緩解了熱固性樹脂復合材料對環境的壓力,具體體現為:
 ?、?回收得到的碳纖維表面樹脂幾乎為殘留:碳纖維/環氧樹脂中環氧樹脂的降解率達到95%以上;
 ?、?回收后的纖維的強度可以達到原始纖維強度的90%以上,可用于作為復合材料增強體;
 ?、蹣渲到猱a物能以較易分離的小分子形式分離出來,實現降解產物與反應液的分離,通過進一步處理可回收得到有機溶劑,回收得到的有機溶劑可循環使用,回收到降解產物可作為化工原料等再次使用,降解產物和有機溶劑的回收率均比較高。
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