基于感應發熱效應從碳纖維增強高分子材料中回收碳纖維的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用電磁感應效應對碳纖維增強高分子材料進行回收處理的技術。
【背景技術】
[0002]近年來，碳纖維增強熱固性高分子基高分子材料(CFRP)的應用愈加廣泛，但因其含有不溶不熔的熱固性樹脂，其廢棄物的有效處理已經成為一個技術難題。無論是基于經濟還是環境方面考慮，從CFRP廢棄物中回收碳纖維都極具吸引力。
[0003]到目前為止，從CFRP廢棄物中回收碳纖維的方法主要有機械粉碎法、化學溶劑法、熱裂解法、超臨界法等。這些方法雖各具有優點，但都存在不足之處，例如:機械粉碎法最終只能得到高分子和碳纖維的混合碎肩，回收的附加值極低;超臨界、熱裂解法都需要專用的耐壓或者耐高溫裝置，這些裝置的使用將會顯著增加回收碳纖維的成本，而回收碳纖維的價格是決定其未來市場的最重要的因素之一。雖然普通的化學溶劑法不需要專用的裝置，只要簡單的加熱裝置就行，但這種方法在處理后會得到溶有高分子的有機溶劑廢液或者硝酸廢液，廢液的處理增加了回收的成本，而處理不當，會產生“二次污染”。同時上述方法在操作程序上存在不同程度的繁復性，因此尋找一種更加簡單而且有效的回收方法，仍是當前解決有效回收CFRP廢棄物的主要目標。
[0004]目前，碳纖維的所有的回收方法(機械粉碎法除外)都需要熱輔助作用，只是加熱方式不同。現有的技術中采用的都是“外加熱方式”一一通過加熱外部介質(溶劑或者熱空氣)來實現CFRP的處理，這種方式對于薄的、小的樣品很有利，但是對于厚的、大的樣品來說，需要很長的處理時間，這樣會造成外部的CFRP或碳纖維被損壞，而內部的高分子尚未被完全處理掉；同時，熱處理的時間延長會明顯降低碳纖維的性能；另外，這種方法處理得到的碳纖維不能保持原有的排列順序，不利于再加工利用。因此CFRP的回收處理應加快處理過程，縮短處理時間，同時盡可能保持碳纖維原有的排序，因為有序的碳纖維可以大幅度提
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[0005]利用碳纖維的導電性，對于具有規則形狀的CFRP材料，可將其接入常規電路中使碳纖維自發熱進行回收處理。但是對于小塊的和形狀不規則的CFRP材料，很難將其接入常規電路中，利用自發熱效應來處理。

【發明內容】

[0006]針對上述不足，本專利提出一種利用電磁感應效應回收碳纖維的技術:通過電磁感應效應使CFRP(小塊和形狀不規則的CFRP)材料中導電碳纖維產生“微區渦流回路”和“渦流回路電流”，在渦流回路電流作用下，碳纖維發熱并迅速“從內而外”降解高分子基體，在幾秒至幾分鐘內，便可得到潔凈的、分離的、表面無損傷、保持原有排序的碳纖維。
[0007]本發明的技術解決方案如下: 一種利用CFRP中碳纖維在電磁感應下產生感應電流，引起自發熱來實現對碳纖維增強高分子材料回收碳纖維的方法，包括如下步驟:
(I)選取若干小塊的CFRP廢料，裝入感應器的熔爐內(如圖1)，調節電磁感應器的電壓(2KV-50KV)和電流(3A-50A)，將CFRP廢料處理ls-60min后，樹脂基體因碳纖維的感應電流自發熱而發生明顯的熱降解，回收得到碳纖維材料；
或
選取一根CFRP(寬、窄)條，調節電磁感應器的電壓(2KV-50KV)和電流(3A-50A)，將CFRP平整放在U型或方型線圈中(如圖2)，CFRP中的樹脂基體因碳纖維產生感應電流的自發熱效應而被熱降解掉，從而得到干凈無損的碳纖維材料;對于CFRP長條，可以調控CFRP緩慢通過線圈的速率，使其完全處理得到長的碳纖維；
或
選取一塊CFRP板材，調節電磁感應器的電壓(2KV-50KV)和電流(3A-50A)，將CFRP長條平整放在感應器的托盤線圈上(如圖3);ls-60min，CFRP中的樹脂基體因碳纖維產生感應電流的自發熱效應而被熱降解掉;不斷移動樣品各部位從托盤部位緩慢通過，從而完全處理CFRP，得到干凈無損、有序的碳纖維材料；
或
選取一小塊CFRP，或者選取一不規則形狀的CFRP，調節電磁感應器的電壓(2KV-50KV)和電流(3A-50A)，將CFRP平整放在(如圖3)中的感應器的托盤線圈上，數秒至數分鐘后，CFRP中的樹脂基體因碳纖維產生感應電流的自發熱效應而被熱降解掉；
或
選取一根CFRP管材，調節電磁感應器的電壓(2KV-50KV)和電流(3A-50A)，將CFRP管材伸入感應器的環形線圈內或將CFRP管材套在感應器的金屬加熱件外(如圖4);處理Is-60min后，CFRP中的樹脂基體因碳纖維產生感應電流的自發熱效應而發生熱降解，從而獲得有序、干凈、無損的碳纖維材料。
[0008]本發明專利的CFRP廢料處理回收方法操作簡單易控、處理速度快而有效，能回收得到表面無損、有序的碳纖維。對于難以接入常規電路中的CFRP的回收處理具有獨特的優勢。
【附圖說明】
[0009 ]圖1利用電磁感應從CFRP小塊廢料中回收碳纖維的示意圖。
[0010 ]圖2利用電磁感應從CFRP板材中回收碳纖維的示意圖。
[0011 ]圖3利用電磁感應從CFRP板材中回收碳纖維的示意圖。
[0012 ]圖4利用電磁感應從CFRP管材中回收碳纖維的示意圖。
[0013]圖5利用圖1中的方法處理CFRP前后的數碼照片。
[0014]圖6利用圖1中的方法處理CFRP后得到的碳纖維的SEM圖。
[0015]圖7利用圖3中的方法處理CFRP前后的數碼照片。
【具體實施方式】
[0016]下面結合實施例對本發明做進一步說明，但本發明的保護范圍并不限于此。
[0017]實施例1
按照圖1中的方法回收碳纖維，具體為:選取若干小塊(15mm X 4mm X 3mm?50mm X 10mm X3mm)的CFRP廢料，裝入感應器的熔爐內，調節電磁感應器的電壓為7KV，電流為13A，將CFRP廢料處理30min后，樹脂基體發生熱降解，從而得到干凈、有序、無損的碳纖維材料。
[0018]實施例2
按照圖2中的方法回收碳纖維，具體為:選取一根尺寸為300mm X 10mm X 3mm的CFRP長條，調節感應器的電壓為10KV，電流為28A，將CFRP平整的放在感應器的線圈內，處理5min后，CFRP層間松散開來(如圖5所示)，樹脂基體被熱降解，從而得到干凈、有序、無損的碳纖維材料。圖6是處理后得到的碳纖維的SEM圖，可以看出:在該條件下回收的碳纖維表面樹脂殘留極少，表面無損傷。
[0019]實施例3
按照圖3中的方法回收碳纖維，具體為:選取一塊尺寸為100mm X 50mm XI 0mm的CFRP厚片，調節感應器的電壓和電流，將CFRP板材放在感應器的線圈托盤上，在短短的2-3 s后，CFRP的樹脂基體即開始發熱降解，處理前后的CFRP樣品如圖7所示。
[0020]實施例4
按照圖4中的方法回收碳纖維，具體為:選取一根CFRP實心管材，高50mm，半徑為20mm，將其伸入感應器的環形線圈內，調節感應器的電壓為40KV，電流為18A，將CFRP板材放在感應器的線圈托盤上，處理llmin后，CFRP的樹脂基體即開始發熱降解，得到從而得到干凈、有序、無損的碳纖維材料。
【主權項】
1.一種利用CFRP中碳纖維在電磁感應下產生感應電流，引起自發熱來實現對碳纖維增強高分子材料回收碳纖維的方法，包括如下具體實施方法: 選取若干小塊的CFRP廢料，裝入感應器的熔爐內，調節電磁感應器的電壓(2KV-50KV)和電流(3A-50A)，將CFRP廢料處理ls-60min后，樹脂基體因碳纖維的感應電流自發熱而發生明顯的熱降解，回收得到碳纖維材料； 或 選取一根CFRP(寬、窄)條，調節電磁感應器的電壓(2KV-50KV)和電流(3A-50A)，將CFRP平整放在U型或方型線圈中，CFRP中的樹脂基體因碳纖維產生感應電流的自發熱效應而被熱降解掉，從而得到干凈無損的碳纖維材料;對于CFRP長條，可以調控CFRP緩慢通過線圈的速率，使其完全處理得到長的碳纖維； 或 選取一塊CFRP板材，調節電磁感應器的電壓(2KV-50KV)和電流(3A-50A)，將CFRP長條平整放在感應器的托盤線圈上；ls-60min，CFRP中的樹脂基體因碳纖維產生感應電流的自發熱效應而被熱降解掉;不斷移動樣品各部位從托盤部位緩慢通過，從而完全處理CFRP，得到干凈無損、有序的碳纖維材料； 或 選取一小塊CFRP，或者選取一不規則形狀的CFRP，調節電磁感應器的電壓(2KV-50KV)和電流(3A-50A)，將CFRP平整放在中的感應器的托盤線圈上，數秒至數分鐘后，CFRP中的樹脂基體因碳纖維產生感應電流的自發熱效應而被熱降解掉； 或 選取一根CFRP管材，調節電磁感應器的電壓(2KV-50KV)和電流(3A-50A)，將CFRP管材伸入感應器的環形線圈內或將CFRP管材套在感應器的金屬加熱件外；處理ls-60min后，CFRP中的樹脂基體因碳纖維產生感應電流的自發熱效應而發生熱降解，從而獲得有序、干凈、無損的碳纖維材料。2.根據權利要求1所述的回收碳纖維的方法，其特征在于，對于不同形狀的CFRP樣品可采用不同的電磁感應容器進行碳纖維回收處理。3.根據權利要求1所述的回收碳纖維的方法，其特征在于，通過CFRP樣品中的碳纖維產生的感應電流而發生自發熱效應，從而降解樹脂基體。4.根據權利要求1所述的回收碳纖維的方法，其特征在于，可通過調節電磁感應器的電壓(2KV-50KV)和電流(3A-50A)處理 CFRP。5.根據權利要求1所述的回收碳纖維的方法，其特征在于，從CFRP中回收得到的碳纖維是有序的。
【專利摘要】本發明提供了一種從熱固性樹脂基碳纖維增強高分子材料中回收碳纖維的方法。本發明利用碳纖維良好的導電特性，通過高頻感應加熱的方式從熱固性樹脂基碳纖維增強高分子材料回收碳纖維。將碳纖維增強高分子材料置于電磁感應磁場中，并在碳纖維中產生渦流回路電流，碳纖維發熱從而使高分子基體迅速降解，即可得到干凈無損傷的、有序的碳纖維。該回收方法操作簡單、處理時間短而有效、無機械損傷，碳纖維分離容易，得到的碳纖維能很好的保持其原有的排列順序。
【IPC分類】H05B6/02, C08J11/12
【公開號】CN105482154
【申請號】CN201510938653
【發明人】趙崇軍, 黃友富, 葛正祥, 巨佩雯, 吳限, 王圣琪, 錢秀珍
【申請人】華東理工大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月16日