太陽光二次反射回收碳纖維裝置及其回收方法
【專利摘要】本發(fā)明太陽光二次反射回收碳纖維裝置，含碳纖維回收、廢氣回收處理和能源動(dòng)力三個(gè)系統(tǒng)，碳纖維回收系統(tǒng)包括由反光鏡及二次聚光塔構(gòu)成的太陽光聚光系統(tǒng)和樣品固定系統(tǒng)，廢氣回收處理系統(tǒng)含有除塵裝置、熱交換器、二氧化碳吸收塔、等離子處理器、風(fēng)機(jī)和相應(yīng)管道；本發(fā)明裝置由太陽能光伏系統(tǒng)提供動(dòng)力。利用所述裝置回收碳纖維的方法包括的步驟有：⑴采用尺寸和形狀不限的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；⑵將材料固定在3D樣品移動(dòng)平臺(tái)上；⑶太陽光聚焦樣品腔并穩(wěn)定溫度于360～550℃；⑷將3D樣品移動(dòng)平臺(tái)移入樣品腔并輻照5～180分鐘；⑸冷卻、去雜質(zhì)，得到回收的碳纖維。本發(fā)明不需有機(jī)溶劑，不耗火電，對回收CFRP廢棄物有積極意義。
【專利說明】太陽光二次反射回收碳纖維裝置及其回收方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料回收【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地是一種太陽光二次反射回收碳纖維裝置和利用所述裝置從碳纖維增強(qiáng)高分子中回收碳纖維的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維增強(qiáng)高分子(Carbonfiber reinforced polymer composites,簡稱CFRP),具有質(zhì)量輕、機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異、耐腐蝕性能良好和熱膨脹性低等優(yōu)點(diǎn)，正越來越多地被航空航天、汽車制造、體育用品、可再生能源和其他領(lǐng)域所廣泛應(yīng)用，應(yīng)用的增量每年為10?15%。但是，在CFRP廣泛應(yīng)用的同時(shí)，含熱固性樹脂基的CFRP廢棄物也在不斷增加。由于CFRP廢棄物的成分難以降解，若不能有效地對其進(jìn)行回收或處理，不僅會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，而且也會(huì)造成碳纖維資源的極大浪費(fèi)。
[0003]目前，CFRP廢棄物的回收處理方法有兩大類，按是否采用介質(zhì)進(jìn)行劃分:一類是采用有化學(xué)介質(zhì)(有機(jī)溶劑或者濃硝酸)的方法——化學(xué)介質(zhì)法，其包括:超臨界法、溶劑熱法、微波法、普通加熱法等等。另一類是不涉及化學(xué)介質(zhì)，以熱裂解為主的方法——熱裂解法。
[0004]所述化學(xué)介質(zhì)法在從CFRP廢棄物回收碳纖維的過程中需要加熱升溫，如果采用開放體系的裝置將會(huì)有大量的有機(jī)溶劑在蒸發(fā)后進(jìn)入大氣，造成大氣污染；若采用密封體系的裝置則會(huì)面臨爆炸的潛在風(fēng)險(xiǎn)，而且隨著處理容器體積的增加，風(fēng)險(xiǎn)會(huì)成倍增加。因此，化學(xué)介質(zhì)法尤其不適于處理大件碳纖維增強(qiáng)件。此外，化學(xué)介質(zhì)法是依賴高分子在介質(zhì)中的溶解降解作用的，因此，在處理結(jié)束后會(huì)產(chǎn)生大量溶有高分子降解物的有機(jī)溶液(或者硝酸)均相廢液，而這些均相廢液很難分離。對此，現(xiàn)在采用的蒸餾回收溶劑的方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且耗能很大。上述大量的難以處理的廢液會(huì)造成環(huán)境嚴(yán)重的“二次污染”。
[0005]所述熱裂解法是目前唯一在商業(yè)化應(yīng)用的碳纖維回收技術(shù)。相比較化學(xué)介質(zhì)法，所述熱裂解法不產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致“二次污染”的廢液；再由于熱裂解爐體積較大，可以處理較大的碳纖維增強(qiáng)件。然而，所述熱裂解法會(huì)受限于熱裂解爐的體積，無法一次性對大件甚至超大件碳纖維增強(qiáng)件進(jìn)行處理；此外，大型熱裂解爐需要持續(xù)保持400?550°C的溫度范圍，耗能極大，使碳纖維回收的成本較高。
[0006]另一方面的問題是，回收碳纖維的再利用，尤其是在高端領(lǐng)域中的再利用，取決于回收的碳纖維的質(zhì)量。目前回收的碳纖維大小不一、堆積密度低、損失嚴(yán)重，回收的碳纖維雜亂無章，不易于在再制造過程中的應(yīng)用，更難于應(yīng)用在高端的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，目前迫切需要開發(fā)或者尋找一種低成本、無污染、損傷小、能回收有序排列碳纖維的方法，以應(yīng)對日益增長的CFRP廢棄物的處理和回收的要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的在于克服以上不足，提供一種太陽光二次反射回收碳纖維裝置，所述裝置能用于從CFRP廢棄物中回收碳纖維并且不受處理裝置容積的限制；本發(fā)明的第二目的是，提供利用所述裝置從碳纖維增強(qiáng)高分子中回收碳纖維的方法，按之能從CFRP廢棄物中獲得干凈的、未損壞的、長而有序的碳纖維，有利于回收碳纖維的再制造應(yīng)用。本發(fā)明的裝置和方法既不需要化學(xué)有機(jī)溶劑，也無需消耗火電來加熱，對處理和回收CFRP廢棄物具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案。
[0009]一種太陽光二次反射回收碳纖維裝置，含有碳纖維回收系統(tǒng)、廢氣回收處理系統(tǒng)和能源動(dòng)力系統(tǒng)，所述碳纖維回收系統(tǒng)包括太陽光聚光系統(tǒng)和樣品固定系統(tǒng):所述太陽光聚光系統(tǒng)含有由多面反光鏡構(gòu)成的反射光系統(tǒng)及一個(gè)二次聚光塔，所述反射光系統(tǒng)設(shè)置在金屬支架上，所述二次聚光塔由兩根支柱支撐(在兩根支柱的上端構(gòu)建金屬框架，所述二次聚光塔固定在所述金屬框架上)，所述反射光系統(tǒng)通過所述金屬支架設(shè)置在所述二次聚光塔的周圍；在所述二次聚光塔的下面設(shè)有集風(fēng)罩，所述集風(fēng)罩的上端設(shè)有石英蓋，所述集風(fēng)罩的兩側(cè)分別設(shè)有入口端和出口端；所述樣品固定系統(tǒng)含有樣品腔和3D樣品移動(dòng)平臺(tái)，所述樣品腔即為所述集風(fēng)罩內(nèi)的空腔，所述3D樣品移動(dòng)平臺(tái)為與所述樣品腔配套的結(jié)構(gòu)件，用于控制樣品在X、Y和Z軸方向的移動(dòng)；所述廢氣回收處理系統(tǒng)含有熱交換器、除塵裝置、二氧化碳吸收塔、等離子處理器、風(fēng)機(jī)以及第一管道、第二管道、第三管道、第四管道、第五管道、第六管道和第七管道:所述的熱交換器一側(cè)的上端通過第一管道與所述集風(fēng)罩一側(cè)的出口端連接，所述熱交換器另一側(cè)的上端通過第二管道與所述除塵裝置的一側(cè)連接；所述除塵裝置的上端通過第三管道與所述二氧化碳吸收塔一側(cè)的下端連接；所述二氧化碳吸收塔另一側(cè)的上端通過第四管道與所述等離子處理器的上端連接；所述等離子處理器的下端通過第五管道連接所述風(fēng)機(jī)；所述風(fēng)機(jī)再通過所述第六管道與所述熱交換器連接，進(jìn)行熱量回收后，所述熱交換器再通過第七管道與所述集風(fēng)罩一側(cè)的入口端連接，將處理干凈的帶有一定溫度的氣體通入集風(fēng)罩樣品腔；所述能源動(dòng)力系統(tǒng)由太陽能光伏系統(tǒng)構(gòu)成，由太陽能光伏系統(tǒng)為本發(fā)明裝置的各個(gè)部分提供動(dòng)力。
[0010]進(jìn)一步，所述反光系統(tǒng)由5?30臺(tái)反光裝置構(gòu)成，每臺(tái)反光裝置上設(shè)有若干塊反光鏡。
[0011]進(jìn)一步，所述二次聚光塔由多面平面反光鏡或者曲面鏡構(gòu)成，通過調(diào)節(jié)光路來滿足聚光條件。
[0012]進(jìn)一步，所述集風(fēng)罩為方形、圓形或者長方形結(jié)構(gòu)。
[0013]進(jìn)一步，所述碳纖維回收系統(tǒng)含有一個(gè)軟件平臺(tái)，所述軟件平臺(tái)控制的事項(xiàng)包括:樣品處理、樣品腔溫度的控制、3D樣品移動(dòng)平臺(tái)溫度的控制、樣品表面溫度和處理時(shí)間的控制及復(fù)雜樣品表面的控制。
[0014]為實(shí)現(xiàn)上述第二目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案。
[0015]利用所述太陽光二次反射回收碳纖維裝置從碳纖維增強(qiáng)高分子中回收碳纖維的方法，其特征是，包括以下步驟:
(1)采用含有碳纖維和高分子樹脂基體的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；
(2)將步驟(I)的材料固定在樣品固定系統(tǒng)的3D樣品移動(dòng)平臺(tái)上；
(3)通過太陽光聚光系統(tǒng)將太陽光聚焦到樣品固定系統(tǒng)的樣品腔內(nèi)并將溫度穩(wěn)定在360?550°C范圍內(nèi)；
(4)將步驟(2)的3D樣品移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)到步驟(3)的樣品腔內(nèi)并輻照5?180分鐘； (5)將步驟(4)輻照處理完畢的樣品取出，自然冷卻至室溫、通過風(fēng)吹方式除去樣品表面的雜質(zhì)，即得到回收的碳纖維。
[0016]進(jìn)一步，步驟(I)所述的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的尺寸和形狀不受限制，能連續(xù)進(jìn)行碳纖維的回收。
[0017]進(jìn)一步，所述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的基體為熱固性樹脂，包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹月旨、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯樹脂、聚酰亞胺樹脂、脲醛樹脂或呋喃樹脂。
[0018]可選的，步驟(3)所述的溫度范圍為400?550°C或者450?550°C。
[0019]可選的，步驟(4)所述的輻照時(shí)間為30?180分鐘或者30?60分鐘。
[0020]本發(fā)明的積極效果是:
(I)本發(fā)明的裝置由于CFRP廢棄物能放置在3D樣品移動(dòng)平臺(tái)上并處于開放狀態(tài)中，沒有受限于處理裝置容積的問題，所以在處理CFRP廢棄物制件時(shí)不受尺寸的限制。
[0021](2)回收的碳纖維能保持原有的排列取向，有利于回收碳纖維的再制造應(yīng)用。
[0022](3 )本發(fā)明的方法簡單有效，能從CFRP廢棄物中獲得干凈的、未損壞的、長而有序的高附加值的碳纖維，同時(shí)能降低回收成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的目的。
[0023](4)利用本發(fā)明的裝置和方法回收碳纖維，既不需要化學(xué)有機(jī)溶劑，也無需消耗電力來加熱，能有效降低CFRP廢棄物回收的成本，具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明太陽光二次反射回收碳纖維裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(含太陽光二次聚光原理)。
[0025]圖2為集風(fēng)罩與3D樣品移動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0026]圖3為處理前碳纖維增強(qiáng)高分子樣品的數(shù)碼照片。
[0027]圖4為處理后回收的碳纖維樣品的數(shù)碼照片。
[0028]圖中的標(biāo)號分別為:
1、反光鏡；2、二次聚光塔；3、石英蓋；
4、集風(fēng)罩；41、入口端；42、出口端；
51、樣品腔；52、3D樣品移動(dòng)平臺(tái)； 6、熱交換器；
7、除塵裝置；8、二氧化碳吸收塔；9、等離子處理器；
10、風(fēng)機(jī)；11、第一管道；12、第二管道；
13、第三管道；14、第四管道；15、第五管道；
16、第六管道；17、第七管道。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下介紹本發(fā)明太陽光二次反射回收碳纖維裝置及其回收方法的【具體實(shí)施方式】，但是應(yīng)該指出，本發(fā)明的實(shí)施不限于以下的實(shí)施方式。
[0030]參見圖1。一種太陽光二次反射回收碳纖維裝置，含有反光鏡1、凹面鏡2、石英蓋3、集風(fēng)罩4、樣品腔51、一個(gè)3D樣品移動(dòng)平臺(tái)52、熱交換器6、除塵裝置7、二氧化碳吸收塔8、等離子處理器9、風(fēng)機(jī)10、第一管道11、第二管道12、第三管道13、第四管道14、第五管道15、第六管道16和第七管道17。
[0031]本發(fā)明的裝置在結(jié)構(gòu)上可分為:碳纖維回收系統(tǒng)、廢氣回收處理系統(tǒng)和能源動(dòng)力系統(tǒng)。所述碳纖維回收系統(tǒng)又包括太陽光聚光系統(tǒng)和樣品固定系統(tǒng):所述太陽光聚光系統(tǒng)含有反光系統(tǒng)以及一個(gè)二次聚光塔2。所述反光系統(tǒng)可用5?30臺(tái)反光裝置構(gòu)成，在本實(shí)施例中采用了 15臺(tái)反光裝置，每臺(tái)反光裝置上安裝有4塊lX2m的平面反光鏡1，15臺(tái)反光裝置組成60面反光鏡I，其面積可達(dá)120m2。
[0032]實(shí)施中，所述的反光鏡I采用平面鏡，將它們分開設(shè)置在15臺(tái)反光裝置上；再將所述15臺(tái)反光裝置設(shè)置在一個(gè)金屬支架上并環(huán)繞所述二次聚光塔2設(shè)置，15臺(tái)反光裝置60面反光鏡I的聚光點(diǎn)都是二次聚光塔2的反光鏡下方。將所述二次聚光塔2采用兩根支柱支撐:可在兩根支柱的上端設(shè)置金屬管柱，將所述二次聚光塔2固定在所述金屬管柱上。所述二次聚光塔2可采用凹面或凸面的反光鏡結(jié)構(gòu)(曲面鏡)或者采用多面平面反光鏡結(jié)構(gòu)，能將60塊反光鏡I的反射光聚光后進(jìn)行二次反射(參見圖1的右面部分)。所述二次聚光塔2可通過設(shè)置調(diào)節(jié)光路來滿足聚光條件的要求。
[0033]在所述二次聚光塔2的下面設(shè)置集風(fēng)罩4，所述集風(fēng)罩4為上下開放、四周圍起來的金屬裝置，可采用方形或者圓形或者長方形的結(jié)構(gòu)件，在本實(shí)施例中采用了方形結(jié)構(gòu)的集風(fēng)罩4 (參見圖2):在所述集風(fēng)罩4的上端設(shè)置一個(gè)透光效果好的石英蓋3 ;在所述集風(fēng)罩4的兩側(cè)分別設(shè)置入口端41和出口端42。所述集風(fēng)罩4的空腔即為樣品腔51，其內(nèi)可設(shè)置3D樣品移動(dòng)平臺(tái)52。所述集風(fēng)罩4開放的下端便于放置和移動(dòng)有結(jié)構(gòu)形狀的CFRP廢棄物。
[0034]所述樣品固定系統(tǒng)含有樣品腔51和一個(gè)3D樣品移動(dòng)平臺(tái)52，所述樣品腔51即為所述集風(fēng)罩4的空腔，所述3D樣品移動(dòng)平臺(tái)52是與所述樣品腔51配套的結(jié)構(gòu)件，將之放置樣品腔51內(nèi)后可用于控制樣品在X、Y和Z軸方向的移動(dòng)。
[0035]所述廢氣回收處理系統(tǒng)含有熱交換器6、除塵裝置7、二氧化碳吸收塔8、等離子處理器9、風(fēng)機(jī)10和第一管道11、第二管道12、第三管道13、第四管道14、第五管道15、第六管道16以及第七管道17。所述熱交換器6可采用普通的板式換熱器即可。所述除塵裝置7可采用濾筒式除塵器除塵裝置。所述二氧化碳吸收塔8可采用噴淋式二氧化碳吸收塔8，
1400X 5200mm。所述等離子處理器9可采用DLZ系列機(jī)型。所述風(fēng)機(jī)10可采用TF-151B機(jī)型風(fēng)機(jī)。所述管道(包括第一管道11、第二管道12、第三管道13、第四管道14、第五管道15、第六管道16及第七管道17)可采用普通的塑料管。
[0036]將所述熱交換器6 —側(cè)的上端通過第一管道11與所述集風(fēng)罩4 一側(cè)的出口端42連接:通過所述熱交換器6能將廢氣的溫度從360?550°C降低到80°C以下；再將所述熱交換器6另一側(cè)的上端通過第二管道12與所述除塵裝置7的一側(cè)連接:通過所述除塵裝置7的濾網(wǎng)能將樣品腔51內(nèi)處理材料產(chǎn)生的廢氣中含有的固體廢物過濾掉；再將所述除塵裝置7的上端通過第三管道13與所述二氧化碳吸收塔8 一側(cè)的下端連接:利用二氧化碳吸收塔8處理包括CO2在內(nèi)的廢氣；將所述二氧化碳吸收塔8另一側(cè)的上端通過第四管道14與所述等離子處理器9的上端連接:通過所述等離子處理器9進(jìn)一步降解廢氣中殘留的有機(jī)物和其他廢氣；將所述等離子處理器9的下端通過第五管道15設(shè)置所述的風(fēng)機(jī)10 ;最后，將所述風(fēng)機(jī)10通過第六管道16與熱交換器6連接，進(jìn)行熱量回收后(注:本發(fā)明可設(shè)置兩臺(tái)熱交換器6:—臺(tái)熱交換器6與集風(fēng)罩4的出口端42連接,另一臺(tái)熱交換器6與集風(fēng)罩4的入口端41連接);所述第二臺(tái)熱交換器6再通過第七管道17與所述集風(fēng)罩4的入口端41連接，將處理干凈的帶有一定溫度的氣體回入集風(fēng)罩4樣品腔51內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對處理干凈的帶有一定溫度的氣體的循環(huán)利用，從而進(jìn)一步節(jié)約能源。
[0037]本發(fā)明的能源動(dòng)力系統(tǒng)由太陽能光伏系統(tǒng)構(gòu)成，由太陽能光伏系統(tǒng)為本發(fā)明裝置的各個(gè)部分提供動(dòng)力。
[0038]實(shí)施中，本發(fā)明所述的碳纖維回收系統(tǒng)可采用一個(gè)軟件平臺(tái)進(jìn)行控制，軟件平臺(tái)控制的事項(xiàng)可包括:樣品處理、利用溫控系統(tǒng)通過調(diào)控工作的定日鏡的面數(shù)來實(shí)現(xiàn)樣品腔51溫度的控制和3D樣品移動(dòng)平臺(tái)52溫度的控制、以及樣品表面溫度，通過樣品臺(tái)的移動(dòng)速度實(shí)現(xiàn)處理時(shí)間的控制(具體技術(shù)方案將由另一個(gè)專利申請記載)。
[0039]利用本發(fā)明的太陽光二次反射回收碳纖維裝置從碳纖維增強(qiáng)高分子中回收碳纖維的方法是，包括以下步驟:
(I)采用含有碳纖維和高分子樹脂基體的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP廢棄物)。所述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的基體為熱固性樹脂，可包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯樹脂、聚酰亞胺樹脂、脲醛樹脂或呋喃樹脂。
[0040](2)將步驟(I)的材料固定在樣品固定系統(tǒng)的3D樣品移動(dòng)平臺(tái)52上。由于3D樣品移動(dòng)平臺(tái)52處于開放狀態(tài)，沒有容積限制的問題，因此，所述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的尺寸和形狀是不受限制的。
[0041](3)通過太陽光聚光系統(tǒng)(多面反光鏡I和二次聚光塔2)將太陽光聚焦到樣品固定系統(tǒng)集風(fēng)罩4的樣品腔51內(nèi)并將溫度穩(wěn)定在360?550°C范圍內(nèi)。
[0042](4)將步驟(2)的3D樣品移動(dòng)平臺(tái)52移動(dòng)到步驟(3)的樣品腔51內(nèi)并輻照5?180分鐘。
[0043](5)將步驟(4)輻照處理完畢的物件取出，自然冷卻至室溫、通過風(fēng)吹方式除去樣品表面的雜質(zhì)，即得到回收的碳纖維。
[0044]利用本發(fā)明的太陽光二次反射回收碳纖維裝置能連續(xù)進(jìn)行碳纖維的回收。
[0045]本發(fā)明太陽光二次反射回收碳纖維裝置的工作方式(原理)為:
本發(fā)明的太陽光二次反射回收碳纖維裝置的原始動(dòng)力是聚焦太陽光。將固定有碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的3D樣品移動(dòng)平臺(tái)52移動(dòng)到集風(fēng)罩4的樣品腔51內(nèi)；將所述樣品腔51通過第一管道11與熱交換器6連接，先利用處理CFRP廢棄物氣體的部分熱量；然后，再通過第二管道12和除塵位置7將所述樣品腔51內(nèi)處理材料產(chǎn)生的廢氣中的固體廢物過濾掉；過濾后的廢氣再通過第三管道13和第四管道14繼續(xù)經(jīng)二氧化碳吸收塔8、等離子處理器9連續(xù)處理，處理后干凈的帶有一定溫度的氣體通過第五管道15、風(fēng)機(jī)10以及第六管道16和第七管道17再回入集風(fēng)罩4的樣品腔51，實(shí)現(xiàn)對熱能的循環(huán)利用。
[0046]以下提供本發(fā)明利用太陽光二次反射回收碳纖維裝置從碳纖維增強(qiáng)高分子中回收碳纖維的方法的4個(gè)【具體實(shí)施方式】。
[0047]實(shí)施例1
利用本發(fā)明的太陽光二次反射回收碳纖維裝置從碳纖維增強(qiáng)高分子中回收碳纖維的方法是，包括以下步驟:
(I)采用一塊尺寸為600mmX600mmX3mm正方形片材的CFRP廢棄物(參見圖3)。
[0048](2)將步驟(I)的片材固定在3D樣品移動(dòng)平臺(tái)52上。
[0049](3)通過軟件平臺(tái)的控制將太陽光(通過石英蓋3)聚焦到樣品腔51內(nèi)并將溫度穩(wěn)定在400°C。
[0050](4)將步驟(2)的3D樣品移動(dòng)平臺(tái)52移動(dòng)到步驟(3)的樣品腔51內(nèi)并通過軟件平臺(tái)的控制將3D樣品移動(dòng)平臺(tái)52在X和Y軸方向勻速移動(dòng)，使CFRP處理均勻，輻照60分鐘。
[0051](5)將步驟(4)輻照處理完畢的片材取出，自然冷卻至室溫、然后通過風(fēng)吹方式除去物件表面的雜質(zhì)，即得到回收的碳纖維(參見圖4)。
[0052]對實(shí)施例1回收的碳纖維的性能測試
(O實(shí)施例1回收的碳纖維可通過目視和數(shù)碼照片判斷碳纖維絲的分離和破壞狀況(參見圖4)。
[0053](2)通過光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡的觀察，實(shí)施例1回收的碳纖維表面處理干凈，沒有殘留的樹脂，同時(shí)，碳纖維絲的表面沒有燒蝕的坑洞。
[0054]實(shí)施例2
利用本發(fā)明的太陽光二次反射回收碳纖維裝置從碳纖維增強(qiáng)高分子中回收碳纖維的方法是，包括以下步驟:
(I)采用一塊長條形片材的CFRP廢棄物。
[0055](2)(同實(shí)施例1)。
[0056](3)通過軟件平臺(tái)的控制將太陽光聚焦到樣品腔51內(nèi)并將溫度穩(wěn)定在360°C。
[0057](4)(同實(shí)施例1)，輻照180分鐘。
[0058](5)(同實(shí)施例1)得到回收的碳纖維。
[0059]實(shí)施例3
利用本發(fā)明的太陽光二次反射回收碳纖維裝置從碳纖維增強(qiáng)高分子中回收碳纖維的方法是，包括以下步驟:
(I)采用一塊長條形片材的CFRP廢棄物。
[0060](2)(同實(shí)施例1)。
[0061](3)通過軟件平臺(tái)的控制將太陽光聚焦到樣品腔51內(nèi)并將溫度穩(wěn)定在550°C。
[0062](4)(同實(shí)施例1)，輻照5分鐘。
[0063](5)(同實(shí)施例1)得到回收的碳纖維。
[0064]實(shí)施例4
利用本發(fā)明的太陽光二次反射回收碳纖維裝置從碳纖維增強(qiáng)高分子中回收碳纖維的方法是，包括以下步驟:
(I)采用一塊長條形片材的CFRP廢棄物。
[0065](2)(同實(shí)施例1)。
[0066](3)通過軟件平臺(tái)的控制將太陽光聚焦到樣品腔51內(nèi)并將溫度穩(wěn)定在450°C。
[0067](4)(同實(shí)施例1)，輻照30分鐘。
[0068](5)(同實(shí)施例1)得到回收的碳纖維。
[0069]利用本發(fā)明的裝置和方法回收碳纖維，既不需要化學(xué)有機(jī)溶劑，也無需消耗電力來加熱，能從CFRP廢棄物中獲得干凈的、未損壞的、長而有序的高附加值的碳纖維，同時(shí)能有效降低CFRP廢棄物的回收成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的目的，因而具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽光二次反射回收碳纖維裝置，含有碳纖維回收系統(tǒng)、廢氣回收處理系統(tǒng)和能源動(dòng)力系統(tǒng)，所述碳纖維回收系統(tǒng)包括太陽光聚光系統(tǒng)和樣品固定系統(tǒng):所述太陽光聚光系統(tǒng)含有由多面反光鏡(I)構(gòu)成的反射光系統(tǒng)及一個(gè)二次聚光塔(2),所述反射光系統(tǒng)設(shè)置在金屬支架上，所述二次聚光塔(2)由兩根支柱支撐，所述反射光系統(tǒng)通過所述金屬支架設(shè)置在所述二次聚光塔(2)的周圍；在所述二次聚光塔(2)的下面設(shè)有集風(fēng)罩(4)，所述集風(fēng)罩(4)的上端設(shè)有石英蓋(3)，所述集風(fēng)罩(4)的兩側(cè)分別設(shè)有入口端(41)和出口端(42);所述樣品固定系統(tǒng)含有樣品腔(51)和3D樣品移動(dòng)平臺(tái)(52)，所述樣品腔(51)即為所述集風(fēng)罩(4)內(nèi)的空腔，所述3D樣品移動(dòng)平臺(tái)(52)為與所述樣品腔(51)配套的結(jié)構(gòu)件，用于控制樣品在X、Y和Z軸方向的移動(dòng)；所述廢氣回收處理系統(tǒng)含有熱交換器(6)、除塵裝置(7)、二氧化碳吸收塔(8)、等離子處理器(9)、風(fēng)機(jī)(10)以及第一管道(11)、第二管道(12)、第三管道(13)、第四管道(14)、第五管道(15)、第六管道(16)和第七管道(17):所述的熱交換器(6 ) —側(cè)的上端通過第一管道(11)與所述集風(fēng)罩(4 ) 一側(cè)的出口端(42 )連接，所述熱交換器(6)另一側(cè)的上端通過第二管道(12)與所述除塵裝置(7)的一側(cè)連接；所述除塵裝置(7)的上端通過第三管道(13)與所述二氧化碳吸收塔(8) —側(cè)的下端連接；所述二氧化碳吸收塔(8)另一側(cè)的上端通過第四管道(14)與所述等離子處理器(9)的上端連接；所述等離子處理器(9)的下端通過第五管道(15)連接所述風(fēng)機(jī)(10);所述風(fēng)機(jī)(10)再通過所述第六管道(16 )與所述熱交換器(6 )連接，進(jìn)行熱量回收后，所述熱交換器(6 )再通過第七管道(17)與所述集風(fēng)罩(4) 一側(cè)的入口端(41)連接，將處理干凈的帶有一定溫度的氣體通入集風(fēng)罩(4)樣品腔(51);所述能源動(dòng)力系統(tǒng)由太陽能光伏系統(tǒng)構(gòu)成，由太陽能光伏系統(tǒng)為本發(fā)明裝置的各個(gè)部分提供動(dòng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光二次反射回收碳纖維裝置，其特征在于，所述反光系統(tǒng)由5?30臺(tái)反光裝置構(gòu)成，每臺(tái)反光裝置上設(shè)有若干塊反光鏡(I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光二次反射回收碳纖維裝置，其特征在于，所述二次聚光塔(2)由多面平面反光鏡或者曲面鏡構(gòu)成，通過調(diào)節(jié)光路來滿足聚光條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光二次反射回收碳纖維裝置，其特征在于，所述集風(fēng)罩(4)為方形、圓形或者長方形結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光二次反射回收碳纖維裝置，其特征在于，所述碳纖維回收系統(tǒng)含有一個(gè)軟件平臺(tái)，所述軟件平臺(tái)控制的事項(xiàng)包括:樣品處理、樣品腔(51)溫度的控制、3D樣品移動(dòng)平臺(tái)(52)溫度的控制、樣品表面溫度和處理時(shí)間的控制及復(fù)雜樣品表面的控制。
6.利用權(quán)利要求1所述的太陽光二次反射回收碳纖維裝置從碳纖維增強(qiáng)高分子中回收碳纖維的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)采用含有碳纖維和高分子樹脂基體的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料； (2)將步驟(I)的材料固定在樣品固定系統(tǒng)的3D樣品移動(dòng)平臺(tái)上； (3)通過太陽光聚光系統(tǒng)將太陽光聚焦到樣品固定系統(tǒng)的樣品腔內(nèi)并將溫度穩(wěn)定在360?550°C范圍內(nèi)； (4)將步驟(2)的3D樣品移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)到步驟(3)的樣品腔內(nèi)并輻照5?180分鐘； (5)將步驟(4)輻照處理完畢的樣品取出，自然冷卻至室溫、通過風(fēng)吹方式除去樣品表面的雜質(zhì)，即得到回收的碳纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的從碳纖維增強(qiáng)高分子中回收碳纖維的方法，其特征在于，步驟(I)所述的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的尺寸和形狀不受限制，能連續(xù)進(jìn)行碳纖維的回收。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的從碳纖維增強(qiáng)高分子中回收碳纖維的方法，其特征在于，所述碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的基體為熱固性樹脂，包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯樹脂、聚酰亞胺樹脂、脲醛樹脂或呋喃樹脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的從碳纖維增強(qiáng)高分子中回收碳纖維的方法，其特征在于，步驟(3)所述的溫度范圍為400?550°C或者450?550°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的從碳纖維增強(qiáng)高分子中回收碳纖維的方法，其特征在于，步驟(4)所述的輻照時(shí)間為30?180分鐘或者30?60分鐘。
【文檔編號】C08J11/00GK104327301SQ201410543145
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】趙崇軍, 王格非, 黃友富, 錢秀珍, 葛正祥, 董建波 申請人:華東理工大學(xué), 波音(中國)投資有限公司