CFRP在超临界流体中的降解实验及动力学研究

发布时间：2018-01-12 03:12

  本文关键词：CFRP在超临界流体中的降解实验及动力学研究　出处：《合肥工业大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)因其强度高、质量轻、耐久性好和耐腐蚀等优点,在航空航天、汽车工业、新能源工业等领域得到广泛应用。但碳纤维昂贵的价格限制了CFRP的广泛使用。在其生产过程中产生的边角料、残次品,使用过程中破坏的结构件及超过使用期的报废品中含有大量高性能的碳纤维材料。因此,废旧CFRP的回收与再生利用是实现碳纤维广泛应用的关键。 论文以自制CFRP为研究对象,结合研发的CFRP超临界流体回收装置,开展了如下研究工作： (1)研究了CFRP在超临界CO2流体环境中的降解行为。分别考察了不同醇溶剂作为夹带剂时,超临界CO2和醇溶剂对CFRP中树脂基体降解的协同促进效应。结果表明：无夹带剂时,超临界C02对CFRP的降解效果不明显；以醇类溶剂作为夹带剂时,超临界CO2和醇类夹带剂协同作用,可有效促进CFRP中环氧树脂的降解,并且保温时间、反应温度和夹带剂含量与CFRP中的环氧树脂降解率正相关；反应压力对环氧树脂的降解率作用不明显；酸性催化剂和H202的加入能大幅提高环氧树脂的降解率。 (2)研究了超临界甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇流体对CFRP中环氧树脂的降解能力。通过单丝拉伸测试,并结合Weibull分析方法,计算了回收碳纤维的力学性能,并采用SEM、AFM、XPS等测试手段分析了回收碳纤维的微观形貌和表面化学成分变化。结果表明：超临界正丁醇对CFRP中的环氧树脂有很好的降解能力,其次是超临界正丙醇,超临界甲醇不适于降解CFRP。不同超临界流体对CFRP的降解能力排序为：甲醇乙醇正丙醇正丁醇。在温度为360℃、保温时间为60min、溶剂含量为350mL时,与碳纤维原丝相比,超临界正丙醇和超临界正丁醇回收碳纤维的强度保持率在98%以上,回收的碳纤维表面几乎无树脂残留,微观形貌与碳纤维原丝保持一致。 (3)研究了CFRP在超临界醇溶剂中的降解动力学。首先建立了降解反应的动力学模型；依据CFRP在超临界醇流体中不同反应温度和时间条件下的降解实验,综合考虑最佳拟合和条件拟合曲线的相对位置,确定超临界醇类降解CFRP的反应级数n为2级,并分别计算了不同温度下的反应速率常数k,求解得到CFRP超临界降解反应的活化能E和指前因子k0,并最终建立了CFRP在不同超临界醇下的降解动力学方程。
[Abstract]:Carbon Fiber Reinforced Plastics ( CFRP ) has been widely used in aerospace , automotive industry and new energy industry because of its high strength , light weight , good durability and corrosion resistance . In this paper , using self - made CFRP as the research object , combined with the research and development of the CFRP supercritical fluid recovery device , the following research work has been carried out : ( 1 ) The degradation behavior of CFRP in supercritical CO2 fluid environment was studied . The synergistic effect of supercritical CO2 and alcohol solvent on the degradation of resin matrix in CFRP was investigated . The results showed that supercritical CO2 and alcohol solvent had no obvious effect on the degradation of epoxy resin . ( 2 ) The degradation of epoxy resin in CFRP was studied by means of single - wire tensile test . The mechanical properties of recycled carbon fiber were calculated by means of SEM , AFM and XPS . The results showed that supercritical n - butyl alcohol was not suitable for the degradation of CFRP in CFRP . The results showed that the recovery of carbon fiber was more than 98 % when the temperature was 360 鈩，

本文编号：1412428