一種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的超臨界流體回收裝置及其回收方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的超臨界流體回收裝置及其回收方法，其特征是在超臨界流體發(fā)生釜周向均布多個等容積降解反應(yīng)釜，降解反應(yīng)釜與超臨界流體發(fā)生釜之間通過設(shè)置有閘閥和單向閥的不銹鋼管接通，超臨界流體發(fā)生釜等時間間隔、周期性的分別向降解反應(yīng)釜提供超臨界流體，超臨界流體在多個降解反應(yīng)釜中降解碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料。本發(fā)明可擴(kuò)展性與實(shí)用性強(qiáng)，可產(chǎn)業(yè)化、高效率回收碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料。
【專利說明】一種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的超臨界流體回收裝置及其回收方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料回收利用領(lǐng)域，具體涉及一種采用超臨界流體高效、產(chǎn)業(yè)化回收碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料因其優(yōu)異的耐腐蝕、熱穩(wěn)定性、高強(qiáng)度和抗沖擊性能，在航空、航天、汽車、風(fēng)電等多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，但碳纖維高昂的價格限制了碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的廣泛使用，美國能源部的碳纖維研究文檔顯示聚丙烯腈碳纖維的生產(chǎn)成本高達(dá)8美元/磅以上。碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的邊角料、殘次品、使用過程中破壞的結(jié)構(gòu)件及超過使用期的報廢品中含有大量昂貴的碳纖維，因此，廢舊復(fù)合材料的回收與再利用被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)碳纖維廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料由于具有三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，無法再次熔融和二次成型加工，并且耐熱、耐化學(xué)腐蝕和生物降解，使得這類廢舊材料的回收再利用成為難題。
[0003]當(dāng)前，對碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的回收方法主要有機(jī)械回收法、熱回收法及化學(xué)回收法。機(jī)械回收法是在機(jī)械力的作用下粉碎復(fù)合材料，破壞纖維和樹脂基體之間的界面結(jié)合力，從而使纖維從交聯(lián)結(jié)構(gòu)中剝離出來，經(jīng)進(jìn)一步的篩分得到富含基體樹脂的粉末和短切纖維狀產(chǎn)物，通過本方法獲得的纖維力學(xué)性能下降，實(shí)用價值不高；熱回收法是將復(fù)合材料通過焚化處理，將燃燒的熱量轉(zhuǎn)化為其它能量而加以利用的方法，該回收過程中會產(chǎn)生有毒氣體，并且回收的碳纖維表面存在碳沉積；化學(xué)回收法是當(dāng)前最主要的復(fù)合材料回收方法，通過化學(xué)試劑或超臨界流體使復(fù)合材料中的樹脂基體轉(zhuǎn)化為小分子脫除，實(shí)現(xiàn)碳纖維和樹脂基體材料的分離與回收，其中低溫溶解法在纖維回收和樹脂降解方面有較好效果，但所用溶劑多為有毒物質(zhì)，且價格昂貴，在實(shí)際操作中存在較大困難。超臨界流體技術(shù)回收廢舊碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料是近十年發(fā)展起來的一種化學(xué)回收方法，利用超臨界流體強(qiáng)溶解能力、強(qiáng)擴(kuò)散能力等多方面的特殊性能，在保證纖維力學(xué)性能條件下，將樹脂基體分解為小分子化合物，從而提取固態(tài)產(chǎn)物(碳纖維)。
[0004]中國發(fā)明專利CN102181071 A(
【公開日】2011.9.14)提出了一種回收碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的方法、中國發(fā)明專利CN 103333360 A(
【公開日】2013.10.02)提出了一種基于強(qiáng)化方式的高性能纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料回收方法，這兩類發(fā)明專利所提及的方法存在以下問題:對于每一次復(fù)合材料降解行為，都需要使反應(yīng)釜內(nèi)部溫度升高到目標(biāo)超臨界反應(yīng)溫度，升溫耗時較長；對于每一次取料和放料過程，都需要在反應(yīng)釜溫度降下來之后進(jìn)行，降溫耗時較長；復(fù)合材料放置在高溫高壓反應(yīng)釜內(nèi)部，只能進(jìn)行單次、少量復(fù)合材料降解行為。因此，采用上述發(fā)明專利中的方法，難以產(chǎn)業(yè)化、高效率實(shí)施碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的回收再利用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的回收效率低下、工業(yè)化程度不高等問題，提供一種可產(chǎn)業(yè)化、高效率回收復(fù)合材料的方法及裝置。
[0006]本發(fā)明以來自超臨界流體發(fā)生釜的超臨界流體降解多個等容積反應(yīng)釜中的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，周向均布的多個降解反應(yīng)釜通過設(shè)置有閘閥和單向閥的不銹鋼管與超臨界流體發(fā)生釜接通，超臨界流體發(fā)生釜等時間間隔、周期性的分別向多個降解反應(yīng)釜提供降解復(fù)合材料所需的超臨界流體。本發(fā)明采取的方法及裝置能夠?qū)嵤┲芷谛浴⑴炕幕厥仗幚韽U丨H復(fù)合材料。
[0007]本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下方案:
[0008]本發(fā)明碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的超臨界流體回收裝置，其特點(diǎn)是:由輔助增壓單元、超臨界流體發(fā)生釜及多個降解反應(yīng)釜構(gòu)成；所述輔助增壓單元用于對復(fù)合液增壓并泵送至超臨界流體發(fā)生釜；所述超臨界流體發(fā)生釜用于對復(fù)合液升溫至超臨界狀態(tài)，獲得超臨界流體，并依次輸送至各個降解反應(yīng)釜；所述降解反應(yīng)釜用于盛放待降解的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料并通過超臨界流體對其進(jìn)行降解。
[0009]本發(fā)明的超臨界流體回收裝置，其特點(diǎn)也在于:
[0010]所述輔助增壓單元是由復(fù)合液存儲器、質(zhì)量流量計(jì)及高壓柱塞泵依次通過不銹鋼管連接構(gòu)成；
[0011]所述超臨界流體發(fā)生釜包括發(fā)生釜釜體、發(fā)生釜恒溫加熱裝置及發(fā)生釜釜內(nèi)溫度和壓力監(jiān)測裝置；
[0012]所述降解反應(yīng)爸包括反應(yīng)爸爸體、反應(yīng)爸上蓋、反應(yīng)爸恒溫加熱裝置及反應(yīng)爸爸內(nèi)溫度和壓力監(jiān)測裝置；在所述反應(yīng)釜釜體內(nèi)設(shè)置有盛料裝置，所述反應(yīng)釜釜體和反應(yīng)釜上蓋之間采用徑向柔性石墨密封圈密封；
[0013]所述輔助增壓單元的高壓柱塞泵通過設(shè)置有閘閥和單向閥的不銹鋼管與所述超臨界流體發(fā)生釜的復(fù)合液入口連通；
[0014]所述超臨界流體發(fā)生釜的超臨界流體出口通過設(shè)置有閘閥和單向閥的不銹鋼管與各降解反應(yīng)釜的超臨界流體入口連通。
[0015]所述反應(yīng)釜上蓋的升降由液壓控制系統(tǒng)控制。在向降解反應(yīng)釜中加入復(fù)合材料后，通過輔助的液壓控制系統(tǒng)控制反應(yīng)釜上蓋的下表面快速下降到與反應(yīng)釜釜體的上表面平齊，再緩慢下降至反應(yīng)釜上蓋的下表面進(jìn)入反應(yīng)釜釜體內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)與反應(yīng)釜釜體的閉合并徑向密封，卸料時，可控制反應(yīng)釜上蓋的下表面緩慢上升至與反應(yīng)釜釜體的上表面平齊，再快速上升與反應(yīng)爸爸體分尚。
[0016]利用本發(fā)明的超臨界流體回收裝置的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的超臨界流體回收方法，其特點(diǎn)是:
[0017]將多個降解反應(yīng)釜依次標(biāo)號為降解反應(yīng)釜1、降解反應(yīng)釜2、…、降解反應(yīng)釜n，將待降解的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料依序加入至各降解反應(yīng)釜中，各個降解反應(yīng)釜中碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的質(zhì)量相同；
[0018]將復(fù)合液加入至輔助增壓單元中，輔助增壓單元對復(fù)合液加壓并泵送至超臨界流體發(fā)生釜中；
[0019]在超臨界流體發(fā)生釜中對復(fù)合液升溫至超臨界狀態(tài)，獲得超臨界流體；
[0020]由超臨界流體發(fā)生釜等時間間隔t2的依序向各個降解反應(yīng)釜提供超臨界流體，使得超臨界流體降解相應(yīng)降解反應(yīng)釜中的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的樹脂成分；所述時間間隔t2保證在超臨界流體發(fā)生釜向降解反應(yīng)釜η提供完超臨界流體后，降解反應(yīng)釜1已完成降解，再次間隔&后，超臨界流體發(fā)生釜繼續(xù)向降解反應(yīng)釜1提供超臨界流體，依次循環(huán)。
[0021]其中:所述時間間隔t2為各降解反應(yīng)釜完成降解后進(jìn)行卸料、再次加料、再次獲得超臨界流體并且釜內(nèi)壓力達(dá)到目標(biāo)反應(yīng)壓力P2的操作時間；令超臨界流體發(fā)生釜的容積為' ;令各個降解反應(yīng)釜的容積為\ ;令降解反應(yīng)釜的數(shù)量為η ;令各個降解反應(yīng)釜中碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的樹脂成分被完全降解的時間為h；
[0022]令超臨界流體發(fā)生釜以達(dá)到發(fā)生釜目標(biāo)壓力Pi時的升壓速率從常壓升壓到發(fā)生釜目標(biāo)壓力P!的總時間為t，則有:VV2彡t/t2 ；η = ΙΧΛ2]，即η取不超過&八2的最大整數(shù)。
[0023]t2是在降解反應(yīng)結(jié)束時進(jìn)行卸料、添加新的復(fù)合材料、向反應(yīng)釜提供超臨界流體并達(dá)到目標(biāo)反應(yīng)壓力P2這些輔助操作所需要的時間，在t2時間段內(nèi)超臨界流體發(fā)生釜的釜內(nèi)壓力需恢復(fù)到發(fā)生釜目標(biāo)壓力Pi。
[0024]因?yàn)槊看蜗蚪到夥磻?yīng)釜提供超臨界流體都會造成超臨界流體發(fā)生釜內(nèi)壓力下降，下降的比例為％/(%+%)，為了保證在t2時間內(nèi)超臨界流體發(fā)生釜內(nèi)壓力恢復(fù)到發(fā)生釜目標(biāo)壓力Pi，因此，需要控制發(fā)生釜和降解反應(yīng)釜的體積比。超臨界流體發(fā)生釜以達(dá)到發(fā)生釜目標(biāo)壓力Pi時的升壓速率從常壓升壓到目標(biāo)壓力Pi的總時間為t，因此在t2時間段內(nèi)能恢復(fù)的壓力是P!X [v2/(y^2)]，因此需保證:(vv2)/v2彡t/t2，若滿足:vv2彡t/t2即可)
[0025]所述發(fā)生釜目標(biāo)壓力Pi比所述目標(biāo)反應(yīng)壓力因?yàn)槊看蜗蚪到夥磻?yīng)釜提供超臨界流體都會造成超臨界流體發(fā)生釜內(nèi)壓力下降，下降的比例為，在t2時間段內(nèi)超臨界流體發(fā)生釜內(nèi)能夠恢復(fù)壓力的比例同樣是^/化+^)，因此，超臨界流體發(fā)生釜的目標(biāo)壓力比所述反應(yīng)釜⑵中目標(biāo)壓力高P2 X [v2/ (Vi+V2)]，若滿足高P2 X (v2/V,)即可。
[0026]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:
[0027]1、本發(fā)明方法中采用多個降解反應(yīng)釜，降解反應(yīng)釜的數(shù)量可根據(jù)操作人員的操作速度而定，降解反應(yīng)釜的上蓋可通過液壓控制其快速下降、慢速與反應(yīng)釜釜體閉合、慢速開蓋、快速上升等動作，減少操作人員等待時間，提高生產(chǎn)效率；
[0028]2、本發(fā)明方法中采用超臨界流體發(fā)生釜等時間間隔、周期性的分別向多個降解反應(yīng)釜直接提供降解復(fù)合材料所需的超臨界流體，減少在降解反應(yīng)釜中制備超臨界流體所需的升溫時間，提聞生廣效率；
[0029]3、本發(fā)明裝置由增壓系統(tǒng)單元、超臨界流體發(fā)生單元、降解反應(yīng)單元、控制系統(tǒng)單元等組成，可擴(kuò)展性強(qiáng)、工業(yè)化程度高，可實(shí)現(xiàn)碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)化回收。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的超臨界流體回收裝置的整體示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明回收裝置的超臨界流體發(fā)生釜與8個降解反應(yīng)釜的連接示意圖；
[0032]圖中標(biāo)號:1超臨界流體發(fā)生釜、2降解反應(yīng)釜、3不銹鋼管、4輔助增壓單元、5反應(yīng)釜釜體、6反應(yīng)釜上蓋、7單向閥、8閘閥、9安全閥、10復(fù)合液存儲器、11質(zhì)量流量計(jì)、12高壓柱塞泵、13盛料裝置、14柔性石墨密封圈。
具體實(shí)施例
[0033]以KOH為催化劑、以正丙醇為有機(jī)溶劑，按照10ml正丙醇中加入0.3gK0H的比例配制醇-堿復(fù)合液。碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的質(zhì)量與復(fù)合液的體積的比例為0.05g/ml-0.lg/ml。將此復(fù)合液加熱升壓到溫度為300°C、壓力為15MPa的超臨界狀態(tài)，碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中80% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))以上環(huán)氧樹脂成分被降解的時間h為60min。
[0034]對于單一降解反應(yīng)釜2在降解反應(yīng)結(jié)束時泄壓、打開釜取出降解產(chǎn)物(碳纖維和液體產(chǎn)物)、添加新的復(fù)合材料閉合降解反應(yīng)釜、再次向降解反應(yīng)釜提供超臨界流體并達(dá)到目標(biāo)反應(yīng)壓力等這些輔助操作所需要的時間t2約為7min，則有設(shè)置等容積降解反應(yīng)釜2的數(shù)量η為8 ;超臨界流體發(fā)生釜I的發(fā)生釜目標(biāo)壓力P1為15MPa，超臨界流體發(fā)生釜I因每向單一反應(yīng)釜2提供超臨界流體而降低自身壓力，向下一個反應(yīng)釜2提供超臨界流體之前，超臨界流體發(fā)生釜I的壓力需要恢復(fù)到發(fā)生釜目標(biāo)壓力15MPa，若以達(dá)到目標(biāo)壓力15MPa時的升壓速率從常壓升壓到15MPa的時間t為120min，則超臨界流體發(fā)生釜I的容積V1與反應(yīng)釜的容積V2之比應(yīng)大于或等于15，因此，可選用超臨界流體發(fā)生釜I的容積為30L，單個反應(yīng)釜2的容積為2L。
[0035]如圖1所示，本實(shí)施例中碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料的超臨界流體回收裝置由輔助增壓單元4、超臨界流體發(fā)生釜I及多個降解反應(yīng)釜2構(gòu)成；輔助增壓單元4用于對復(fù)合液增壓并泵送至超臨界流體發(fā)生釜I ;超臨界流體發(fā)生釜I用于對復(fù)合液升溫至超臨界狀態(tài)，獲得超臨界流體，并依次輸送至各個降解反應(yīng)釜2 ;降解反應(yīng)釜2用于盛放待降解的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料并通過超臨界流體對其進(jìn)行降解。
[0036]輔助增壓單元4是由復(fù)合液存儲器10、質(zhì)量流量計(jì)11及高壓柱塞泵12依次通過不銹鋼管3連接構(gòu)成；
[0037]超臨界流體發(fā)生釜I包括發(fā)生釜釜體、發(fā)生釜恒溫加熱裝置、發(fā)生釜釜內(nèi)溫度和壓力監(jiān)測裝置以及安全閥9。
[0038]降解反應(yīng)爸2包括反應(yīng)爸爸體5、反應(yīng)爸上蓋6、反應(yīng)爸恒溫加熱裝置及反應(yīng)爸爸內(nèi)溫度和壓力監(jiān)測裝置；在反應(yīng)釜釜體5內(nèi)設(shè)置有盛料裝置13，反應(yīng)釜釜體5和反應(yīng)釜上蓋6之間采用徑向柔性石墨密封圈14密封；
[0039]輔助增壓單元4的高壓柱塞泵12通過設(shè)置有閘閥8和單向閥7的不銹鋼管3與超臨界流體發(fā)生釜I的復(fù)合液入口連通；
[0040]超臨界流體發(fā)生釜I周向均布8個降解反應(yīng)釜2，超臨界流體發(fā)生釜I與降解反應(yīng)釜I之間通過不銹鋼3管接通；不銹鋼管3上依次設(shè)置閘閥8和單向閥7，閘閥8可控制高壓復(fù)合液的通斷，單向閥7可阻止超臨界流體從降解反應(yīng)釜2流向超臨界流體發(fā)生釜I ;
[0041]反應(yīng)釜上蓋6的升降由液壓控制系統(tǒng)控制，反應(yīng)釜上蓋6可通過液壓控制其快速下降、慢速與反應(yīng)釜釜體5閉合、慢速開蓋、快速上升等動作，減少操作人員等待時間；降解反應(yīng)釜2內(nèi)部均設(shè)置有放置材料的盛料裝置13，便于降解產(chǎn)物的提??；超臨界流體發(fā)生釜I中的超臨界流體可通過復(fù)合液存儲器10、質(zhì)量流量計(jì)11和高壓柱塞泵12組成的增壓系統(tǒng)4對復(fù)合液增壓并對超臨界流體發(fā)生釜加熱而獲得。
[0042]本實(shí)施例中碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料的超臨界流體回收方法按照如下步驟進(jìn)行:以KOH為催化劑、以正丙醇為有機(jī)溶劑，按照10ml正丙醇中加入0.3gK0H的比例配制醇-堿復(fù)合液，將配置好的醇堿復(fù)合液注入復(fù)合液存儲器10中，通過質(zhì)量流量計(jì)11確定復(fù)合液的用量，通過高壓柱塞泵12將定量的醇堿復(fù)合液打入到容量為30L的超臨界流體發(fā)生釜I內(nèi)，然后對超臨界流體發(fā)生釜I進(jìn)行加熱，并升溫至目標(biāo)溫度，正丙醇復(fù)合液的量一定，因此目標(biāo)溫度決定了目標(biāo)壓力，超臨界流體發(fā)生釜I的目標(biāo)壓力應(yīng)為15MPa，保持超臨界流體發(fā)生釜I內(nèi)目標(biāo)壓力恒定不變。
[0043]對8個反應(yīng)釜2依次編號:降解反應(yīng)釜1、降解反應(yīng)釜2、…、降解反應(yīng)釜8，將碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料置于放置材料的裝置13中，然后將裝置13內(nèi)置于降解反應(yīng)釜I中，采取液壓控制方式將降解反應(yīng)釜I的上蓋6快速下降與釜體5的上表面平齊，并緩慢下降至與釜體5閉合(防止柔性石墨密封圈14損傷)，打開降解反應(yīng)釜I的加熱裝置，打開閘閥8向降解反應(yīng)釜I中提供超臨界流體，直至降解反應(yīng)釜I的釜內(nèi)溫度為300°C、壓力為15MPa。間隔時間t2(7min)后，再向降解反應(yīng)釜2提供超臨界流體，重復(fù)上述步驟，依次對降解反應(yīng)釜3、…、降解反應(yīng)釜8提供超臨界流體，并使得降解反應(yīng)釜的釜內(nèi)溫度為300°C、壓力為15MPa。在向降解降解反應(yīng)釜8提供超臨界流體后，降解反應(yīng)釜中已反應(yīng)結(jié)束時，首先對降解反應(yīng)釜I泄壓，液壓控制反應(yīng)釜上蓋6的下表面緩慢上升至與反應(yīng)釜釜體5的上表面平齊(防止柔性石墨密封圈14損傷)，再快速上升至與反應(yīng)釜釜體5分離，然后取出降解反應(yīng)釜I釜內(nèi)的降解產(chǎn)物(碳纖維和液體產(chǎn)物)，并再次向釜內(nèi)添加新的復(fù)合材料，液壓控制降解反應(yīng)釜I的反應(yīng)釜上蓋6快速下降與反應(yīng)釜釜體5的上表面平齊，并緩慢下降至與反應(yīng)釜釜體5閉合，打開降解反應(yīng)釜I的加熱裝置，打開閘閥8再次向降解反應(yīng)釜I中提供超臨界流體，重復(fù)上述步驟，依次對降解反應(yīng)釜2、…、降解反應(yīng)釜8進(jìn)行卸料、添加新的復(fù)合材料、向降解反應(yīng)釜提供超臨界流體并達(dá)到目標(biāo)反應(yīng)壓力等輔助操作，依次循環(huán)。在降解反應(yīng)結(jié)束時進(jìn)行卸料、添加新的復(fù)合材料、向反應(yīng)爸提供超臨界流體并達(dá)到目標(biāo)反應(yīng)壓力等這些輔助操作所需要的時間t2為7min。當(dāng)降解反應(yīng)釜的內(nèi)部壓力沒有達(dá)到目標(biāo)反應(yīng)壓力時，可通過降解反應(yīng)釜的加熱裝置對其升溫實(shí)現(xiàn)。由于超臨界流體發(fā)生釜I向降解反應(yīng)釜提供超臨界流體會造成自身壓力的下降，因此在向下一個降解反應(yīng)釜提供超臨界流體之前，需保證在時間間隔7min內(nèi)超臨界流體發(fā)生釜I內(nèi)壓力恢復(fù)到15MPa，可通過輔助增壓單元4向超臨界流體發(fā)生釜I再次補(bǔ)充復(fù)合液，并通過加熱實(shí)現(xiàn)超臨界流體發(fā)生釜I內(nèi)部壓力達(dá)到目標(biāo)壓力。
[0044]因?yàn)槊看蜗蚪到夥磻?yīng)釜提供超臨界流體都會造成超臨界流體發(fā)生釜內(nèi)壓力下降，若超臨界流體發(fā)生釜I的目標(biāo)壓力P1比降解反應(yīng)釜2中目標(biāo)壓力P2高IMPa，即發(fā)生釜目標(biāo)壓力P1為16MPa時，則來自發(fā)生釜I提供的超臨界流體在降解反應(yīng)釜中的壓力有可能接近反應(yīng)目標(biāo)壓力，或與反應(yīng)目標(biāo)壓力相同，因此，可縮短降解反應(yīng)釜內(nèi)部壓力達(dá)到反應(yīng)目標(biāo)壓力的加熱時間，或能直接避免該加熱過程。
【權(quán)利要求】
1.一種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的超臨界流體回收裝置，其特征是:由輔助增壓單元(4)、超臨界流體發(fā)生釜(I)及多個降解反應(yīng)釜(2)構(gòu)成；所述輔助增壓單元(4)用于對復(fù)合液增壓并泵送至超臨界流體發(fā)生釜(I);所述超臨界流體發(fā)生釜(I)用于對復(fù)合液升溫至超臨界狀態(tài)，獲得超臨界流體，并依次輸送至各個降解反應(yīng)釜(2);所述降解反應(yīng)釜(2)用于盛放待降解的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料并通過超臨界流體對其進(jìn)行降解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界流體回收裝置，其特征是: 所述輔助增壓單元(4)是由復(fù)合液存儲器(10)、質(zhì)量流量計(jì)(11)及高壓柱塞泵(12)依次通過不銹鋼管(3)連接構(gòu)成； 所述超臨界流體發(fā)生釜(I)包括發(fā)生釜釜體、發(fā)生釜恒溫加熱裝置及發(fā)生釜釜內(nèi)溫度和壓力監(jiān)測裝置； 所述降解反應(yīng)釜(2)包括反應(yīng)釜釜體(5)、反應(yīng)釜上蓋(6)、反應(yīng)釜恒溫加熱裝置及反應(yīng)釜釜內(nèi)溫度和壓力監(jiān)測裝置；在所述反應(yīng)釜釜體(5)內(nèi)設(shè)置有盛料裝置(13)，所述反應(yīng)釜釜體(5)和所述反應(yīng)釜上蓋(6)之間采用徑向柔性石墨密封圈(14)密封； 所述輔助增壓單元(4)的高壓柱塞泵(12)通過設(shè)置有閘閥(8)和單向閥(7)的不銹鋼管(3)與所述超臨界流體發(fā)生釜(I)的復(fù)合液入口連通； 所述超臨界流體發(fā)生釜(I)的超臨界流體出口通過設(shè)置有閘閥(8)和單向閥(7)的不銹鋼管(3)與各降解反應(yīng)釜(2)的超臨界流體入口連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超臨界流體回收裝置，其特征是: 所述反應(yīng)釜上蓋(6)的升降由液壓控制系統(tǒng)控制。
4.一種權(quán)利要求1所述超臨界流體回收裝置的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的超臨界流體回收方法，其特征是: 將多個降解反應(yīng)釜依次標(biāo)號為降解反應(yīng)釜1、降解反應(yīng)釜2、…、降解反應(yīng)釜n，將待降解的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料依序加入至各降解反應(yīng)釜中，各個降解反應(yīng)釜中碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的質(zhì)量相同； 將復(fù)合液加入至輔助增壓單元中，輔助增壓單元對復(fù)合液加壓并泵送至超臨界流體發(fā)生釜中； 在超臨界流體發(fā)生釜中對復(fù)合液升溫至超臨界狀態(tài)，獲得超臨界流體； 由超臨界流體發(fā)生釜等時間間隔t2的依序向各個降解反應(yīng)釜提供超臨界流體，使得超臨界流體降解相應(yīng)降解反應(yīng)釜中的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的樹脂成分；所述時間間隔t2保證在超臨界流體發(fā)生釜向降解反應(yīng)釜η提供完超臨界流體后，降解反應(yīng)釜I已完成降解，再次間隔t2后，超臨界流體發(fā)生釜繼續(xù)向降解反應(yīng)釜I提供超臨界流體，依次循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的超臨界流體回收方法，其特征是: 所述時間間隔t2為各降解反應(yīng)釜完成降解后進(jìn)行卸料、再次加料、再次獲得超臨界流體并且釜內(nèi)壓力達(dá)到目標(biāo)反應(yīng)壓力P2的操作時間；令超臨界流體發(fā)生釜的容積為V1 ;令各個降解反應(yīng)釜的容積為V2 ;令降解反應(yīng)釜的數(shù)量為η ;令各個降解反應(yīng)釜中碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的樹脂成分被完全降解的時間為h； 令超臨界流體發(fā)生釜以達(dá)到發(fā)生釜目標(biāo)壓力P1時的升壓速率從常壓升壓到發(fā)生釜目標(biāo)壓力P1的總時間為t; 則有 IV1A2 彡 t/t2 ；n = [t/tj。
6.權(quán)利要求5所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的超臨界流體回收方法，其特征是:所述發(fā)生釜目標(biāo)壓力P1比所述目標(biāo)反應(yīng)壓力P2高P2 X (V2A1)。
【文檔編號】C08J11/16GK104327303SQ201410635315
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】黃海鴻, 成煥波, 李新宇, 劉志峰 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)