一種碳纖維的回收方法
【專利摘要】本發明適用于屬于材料和化學【技術領域】，提供了一種碳纖維的回收方法，包括：將待回收處理的碳纖維復合增強材料作為陽極，導電材料作為陰極，與直流電源連接；將所述待回收處理的碳纖維復合增強材料以及負極導電材料置于電解液中，形成電化學反應體系；以及啟動所述直流電源，使得作為陽極的碳纖維復合增強材料發生電化學反應，得到碳纖維。本發明提供的碳纖維回收方法能夠使得碳纖維回收方法變得更加簡單、綠色。
【專利說明】一種碳纖維的回收方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料和化學【技術領域】，涉及一種碳纖維的回收方法。
【背景技術】
[0002]碳纖維增強復合材料(Carbon Fibre Reinforced Polymer,簡稱CFRP)是以碳纖維或碳纖維織物為增強體，以樹脂、陶瓷、金屬、水泥、碳質或橡膠等為基體所形成的復合材料，它同時具有基體材料和增強材料優異性能。CFRP所用的基體樹脂可以分為兩大類型:熱固性樹脂和熱塑性樹脂。二者中以熱固性樹脂為主，熱固性樹脂中又以環氧樹脂為主。這不僅是因為環氧樹脂與碳纖維的界面結合強度好，可調節各種性能的需要，又是不同工藝方面的要求所致。CFRP具有輕質高強、比模量大、電性能優良、耐腐蝕性能好、絕熱性優異和減震性能好等優點。
[0003]正是由于CFRP具有以上各方面的優異性能，使得CFRP在國防、軍工和航天領域得到了廣泛的應用，在汽車、醫療器械、體育休閑制品、建筑工業、能源等行業的應用也日益廣泛。隨著復合材料需求的逐步加大，CFRP的生產方式也發生了根本性的改變。越來越多的CFRP生產公司使用自動化生產技術，這使得CFRP的成本進一步降低同時生產效率不斷提高。而高速生產CFRP的同時也產生了大量的廢品和邊角料，約占CFRP的5%左右，同時CFRP的使用壽命約為20-30年，高產量的CFRP必然會導致CFRP廢棄物的不斷增加。例如，我國多數地區是地震高發區，震后粘貼碳纖維片材加固和在震前通過CFRP材料來提高抗震性能的加固可以作為一種防震措施。因此大量的CFRP廢棄物引起了人們的關注，這對環境保護以及經濟效益產生了巨大的影響。隨著人們對環境保護的日益重視和國際形勢引起的能源、資源危機，以及碳纖維復合材料中碳纖維價格昂貴、綜合性能優異，進行碳纖維回收技術的研宄是未來重要的發展趨勢。
[0004]傳統的CFRP廢棄物處理方法為露天掩埋和焚燒，這種方法不僅會嚴重污染環境，而且經濟和社會效益都不好。一方面沒有使碳纖維得到循環使用，沒有從根本解決目前大量CFRP廢棄物高效、循環利用的目的；另一方面也會對環境造成巨大的破壞，不能實現生態上的可持續發展，并且這種方法在經濟和社會效益上也較差。所以人們提出各種各樣的方法，試圖解決上述存在的缺點。
[0005]目前的碳纖維回收技術方法主要有物理回收法和化學回收法。物理回收法是將廢棄物粉碎或熔融作為新材料的原材料使用。但這種方法會對復合材料的各組分性能造成破壞，特別是我們并不能從中得到碳纖維，無法實現可循環。化學回收是利用化學改性或分解的方法使廢棄物成為可以利用的其他物質。目前這種方法能夠有效回收較純凈的碳纖維，但要用到硝酸等溶液并需要加熱到一定的溫度(例如:95°C )，造價昂貴，不適合大規模的CFRP回收應用。
[0006]因此，有必要提供一種碳纖維的回收方法，能夠使得碳纖維回收方法變得更加簡單與綠色。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題在于提供一種光擴散材料及碳纖維得回收方法，旨在使得碳纖維回收方法變得更加高效、綠色。
[0008]本發明是這樣實現的，一種碳纖維的回收方法，包括:
[0009]將待回收處理的碳纖維復合增強材料作為陽極，導電材料作為陰極，與直流電源連接；
[0010]將所述待回收處理的碳纖維復合增強材料以及負極導電材料置于電解液中，形成電化學反應體系；以及
[0011]啟動所述直流電源，使得作為陽極的碳纖維復合增強材料發生電化學反應，得到碳纖維。
[0012]本發明與現有技術相比，有益效果在于:本技術方案提供的碳纖維回收方法，通過將待回收的碳纖維復合增強材料作為陽極，從而采用電化學的方法來進行碳纖維的回收。本發明具有以下優點:第一較好的解決了目前急待解決的大量CFRP中碳纖維回收的問題，實現了資源的循環和再利用；第二，本發明既不要粉碎也不要焚燒，而是通過電化學的方法來回收碳纖維，不會對環境造成任何的污染和破壞，這樣較好的保護了環境；第三，本發明能夠得到較為完整的碳纖維，可以使回收后的碳纖維能夠較好的再次投入市場使用。
[0013]另外，本發明所用方法簡單易行，所用電解液為為綠色清潔無污染的溶液(如NaCl溶液)，所需的經濟成本相對上述方法低了很多，這種方法的經濟效益和社會效益大大提高；進一步的，將此CFRP板用于土木工程中鋼筋的電化學保護(鋼筋做陰極，CFRP板做輔助陽極，混凝土做電解液)，可以在對鋼筋進行電化學保護的同時，進行碳纖維的回收，實現了 CFRP的再利用和碳纖維回收的雙重目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明提供的碳纖維回收方法的流程圖；
[0015]圖2是本發明提供的碳纖維回收時的反應裝置示意圖；
[0016]圖3是待回收碳纖維復合增強材料的照片；
[0017]圖4是回收得到的碳纖維的照片。
[0018]圖5是回收得到的碳纖維的掃描電鏡照片。
[0019]圖6是不同電解液濃度得到的碳纖維的拉伸強度變化的曲線圖。
【具體實施方式】
[0020]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0021]請參閱圖1，本技術方案第一實施方式提供一種碳纖維的回收方法，所述碳纖維的回收方法包括步驟:
[0022]第一步，將待回收處理的碳纖維復合增強材料作為陽極，導電材料作為陰極，與直流電源連接。
[0023]所述待回收處理的碳纖維復合增強材料的基體材料可以樹脂材料，所述樹脂材料分為兩大類型:熱固性樹脂和熱塑性樹脂。本實施方式中，樹脂材料為熱固性樹脂，所述熱固性樹脂可以為環氧樹脂。所述待回收處理的碳纖維復合增強材料的增強材料為碳纖維。
[0024]為了增加待回收處理的碳纖維復合增強材料在后續反應中的接觸面積，所述待回收處理的碳纖維復合增強材料可以為片狀，也可以為其他形狀。本實施方式中，所述待回收處理的碳纖維復合增強材料為厚度為2毫米的碳纖維復合增強材料板。
[0025]所述陰極的導電材料可以為不銹鋼，也可以為其他導電性能良好且穩定性良好的導電材料。本實施方式中，陰極材料采用不銹鋼。
[0026]本實施方式中，可以采用導線將所述待回收處理的碳纖維復合增強材料與直流電源的正極相連接，將陰極的導電材料與所述直流電源的負極相連接。
[0027]第二步，將所述待回收處理的碳纖維復合增強材料以及負極導電材料置于電解液中，形成電化學反應體系。
[0028]所述電解液可以為液體電解液，所述液體電解液可以為可以導致CFRP中樹脂解聚的液體溶液，如氯化鈉溶液、硫酸鹽溶液、氫氧化鈉溶液、氫氧化媽溶液等。所述電解液也可以為可以導致CFRP中樹脂解聚的固體電解液，所述固體電解液可以為使用海沙的混凝土等。所述電化學反應體系請參閱圖2。
[0029]本實施方式中，采用的電解液為質量百分含量為3?27%的氯化鈉溶液。可以理解的是，當然也可以采用其他能夠進行反應的濃度。
[0030]第三步，啟動所述直流電源，使得作為陽極的碳纖維復合增強材料發生電化學反應，得到碳纖維。
[0031]本步驟中，所述電解液中的導電粒子，如氯離子等在電場的驅動下，向采用碳纖維復合增強材料制作的陽極定向迀移，并在陽極區發生氧化作用而生成氯氣，部分氯氣溶于水后，生成氧化性更強的次氯酸。這些強氧化性的氯氣和次氯酸會與陽極碳纖維復合增強材料中的基體材料樹脂發生陽極反應，從而導致所述基體材料樹脂解聚，與增強材料碳纖維分離，從而使得碳纖維從碳纖維復合增強材料中分離回來，達到回收的目的。
[0032]本實施方式中，在進行電化學反應時，控制電流密度為0.5A/m2至30A/m2，優選為3A/m2。進行電化學反應的時間為3天至100天，優選為21天；溫度范圍5?50°，優選為室溫23° ο
[0033]本技術方案提供的碳纖維回收方法還可以進一步包括:
[0034]第四步，對電化學反應后得到的碳纖維進行處理和回收。
[0035]本實施方式中，對電化學反應后的碳纖維進行處理可以采用先超聲震蕩，以對碳纖維進行清洗，然后對超聲震蕩后的碳纖維進行干燥，從而得到回收的碳纖維。
[0036]請一并參閱圖3至圖5，待回收的碳纖維復合增強材料如圖3所示，經過電化學反應后，回收得到的碳纖維如圖4所示及圖5所示。
[0037]請參閱圖6，不同的電解質濃度得到的碳纖維的拉伸強度不同，14表示對應的電流密度為3A/m2，VCF表示原始的碳纖維對比樣，隨著電解質溶液濃度得增加，獲得的碳纖維的拉伸強度逐漸減小。本技術方案提供的碳纖維回收方法，通過將待回收的碳纖維復合增強材料作為陽極，從而采用電化學的方法來進行碳纖維的回收。本發明具有以下優點:第一較好的解決了目前急待解決的大量CFRP中碳纖維回收的問題，實現了資源的循環和再利用；第二，本發明既不要粉碎也不要焚燒，而是通過電化學的方法來回收碳纖維，不會對環境造成任何的污染和破壞，這樣較好的保護了環境；第三，本發明能夠得到較為完整的碳纖維，可以使回收后的碳纖維能夠較好的再次投入市場使用。
[0038]另外，本發明所用方法簡單易行，所用電解液為為綠色清潔無污染的溶液(如NaCl溶液)，所需的經濟成本相對上述方法低了很多，這種方法的經濟效益和社會效益大大提高；進一步的，將此CFRP板用于土木工程中鋼筋的電化學保護(鋼筋做陰極，CFRP板做輔助陽極，混凝土做電解液)，可以在對鋼筋進行電化學保護的同時，進行碳纖維的回收，實現了 CFRP的再利用和碳纖維回收的雙重目的。
[0039]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種碳纖維的回收方法，包括: 將待回收處理的碳纖維復合增強材料作為陽極，導電材料作為陰極，與直流電源連接; 將所述待回收處理的碳纖維復合增強材料以及負極導電材料置于電解液中，形成電化學反應體系；以及 啟動所述直流電源，使得作為陽極的碳纖維復合增強材料發生電化學反應，得到碳纖維。
2.如權利要求1所述的碳纖維回收方法，其特征在于，所述電解液為液體電解液或者固體電解液。
3.如權利要求2所述的碳纖維回收方法，其特征在于，所述固體電解液為使用海沙的混凝土。
4.如權利要求2所述的碳纖維回收方法，其特征在于，所述液體電解液為氯化鈉溶液。
5.如權利要求4所述的碳纖維回收方法，其特征在于，所述碳纖維復合增強材料包括基體材料樹脂，在發生電化學反應時，所述電解液中的導電的氯離子在電場的作用下向陽極迀移，并在陽極區發生氧化作用而生成氯氣，部分所述氯氣溶于水后，生成氧化性更強的次氯酸，所述氯氣和次氯酸與陽極待回收的碳纖維復合增強材料中的基體材料樹脂發生陽極反應，從而導致所述基體材料樹脂解聚，與增強材料碳纖維分離，從而使得碳纖維從碳纖維復合增強材料中分離出來。
6.如權利要求1所述的碳纖維回收方法，其特征在于，在電化學反應時，電流密度為0.5A/m2至30A/m2，進行電化學反應的時間為3天至100天。
7.如權利要求6所述的碳纖維回收方法，其特征在于，在電化學反應時，電流密度為3A/m2，進行電化學反應的時間為21天。
8.如權利要求1所述的碳纖維回收方法，其特征在于，所述碳纖維的回收方法還包括: 對電化學反應后得到的碳纖維進行處理。
9.如權利要求8所述的碳纖維回收方法，其特征在于，對電化學反應后得到的碳纖維進行處理包括先采用先超聲震蕩，以對碳纖維進行清洗，然后對超聲震蕩后的碳纖維進行干燥。
10.如權利要求1所述的碳纖維回收方法，其特征在于，所述電解液為質量百分含量為3-27%的氯化鈉溶液。
【文檔編號】C25F3/02GK104499039SQ201410751745
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月9日 優先權日:2014年12月9日
【發明者】孫紅芳, 朱繼華, 邢峰, 郭官平, 劉偉, 董必欽, 徐畏婷, 王耀城, 方媛 申請人:深圳大學