微波热解碳纤维/环氧树脂复合材料回收碳纤维的研究
发布时间：2021-04-13 15:08
碳纤维/环氧树脂复合材料（CFRP）因其优异的性能被越来越广泛地应用于航空航天、军事、汽车、交通运输、建筑、体育和医疗等领域。然而,CFRP需求量越来越多将导致越来越多废弃物的产生,因此CFRP废弃物的处理成为越来越急迫的问题。CFRP中的碳纤维具有很高的回收价值,目前国内外研究人员探究了多种方法回收CFRP中的碳纤维,其中热解法处理CFRP回收碳纤维可以保持碳纤维良好的力学性能,具有较高的碳纤维回收率和广阔地工业化应用前景。微波是一种利用微波能加热材料的方式,具有内部加热、快速加热、均匀加热和选择性加热的特点,在材料的制备、烧结和回收方面具有广阔的发展潜力。本文结合热解法回收CFRP中碳纤维的技术特点和微波加热的技术优势,提出利用微波直接热解CFRP,对CFRP中的环氧树脂进行降解并回收碳纤维。（1）系统的开展了CFRP的热解行为和动力学研究,探讨了CFRP在不同气氛下的热解行为,描述了CFRP在有氧和无氧环境下的降解温度和失重变化,开展了CFRP热解的动力学研究。（2）开展了微波热解CFRP的升温特性研究,测定了CFRP在微波场中的介电常数,探讨了CFRP随温度升高的吸波性能变化。...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
008-2018年全球碳纤维需求量及预测（千吨）
昆明理工大学硕士学位论文6中变成边角料，成为废弃物[30]。碳纤维增强复合材料制备过程中产生的废弃物种类如图1.7[31]。在碳纤维增强复合材料的制备过程中产生的废弃物中有62%是织布预浸料废料[31]。第一架用碳纤维/环氧树脂复合材料建造的飞机不久就要退役了，一架飞机的平均服务寿命一般为20年，每架飞机包含20吨以上的碳纤维树脂基复合材料废弃物，预计到2030年，约有6000-8000架这样的商业飞机达到使用寿命[16,31-34]。因此碳纤维/环氧树脂复合材料废弃物的处理成为现在越来越急迫的问题[35]。图1.7碳纤维增强复合材料制备过程中产生的不同废弃物百分比Figure1.7Percentageofdifferentwastesproducedduringthepreparationofcarbonfiberreinforcedcomposites处理碳纤维增强复合材料的传统方法是填埋和焚烧，传统方法回收碳纤维的优缺点如图1.8。据预测这种方法迟早会被淘汰，主要有以下三个方面的原因。一方面，这种废弃物很难生物降解，会造成土壤和大气污染，给环境带来压力[19,36]；另一方面，许多国家颁布了与碳纤维/环氧树脂复合材料废弃物的填埋和焚烧的处理方法相关的法律法规，如欧盟在1999颁布的“填埋指令”（1999／31／EC）将限制对废弃物复合材料的填埋处理[19,30]；另外，以上两种方法不能对碳纤维进行回收，造成资源的浪费。因此，需要研究新的处理方法，既能处理碳纤维/环氧树脂复合材料废弃物，又能回收碳纤维。国内外许多研究机构及企业纷纷提出了相关课题，开展热固性碳纤维复合材料回收研究[37,38]。例如国外的欧洲空中客车、德国宝马、美国波音航空公司、日本秩父小野田公司、Air-craftFleetRecyclingAssociation机构（美国波音公司与法国、荷兰、南非、英国成立）等；国内的北京玻钢院复合材料有限
第一章绪论7图1.8传统方法回收碳纤维的优缺点Figure1.8Advantagesanddisadvantagesoftraditionalmethodsforrecyclingcarbonfiber1.3国内外回收碳纤维的研究现状碳纤维/环氧树脂复合材料是由昂贵的碳纤维和树脂组成。碳纤维/环氧树脂复合材料的制备包括以下三个过程：首先将碳纤维束编织成碳纤维织布，然后浸入树脂基体中，加入促进剂和固化剂等，促进固化反应的进行，固化一段时间后得到碳纤维/环氧树脂复合材料。回收碳纤维/环氧树脂复合材料也就是将碳纤维与树脂基体分离，或去除树脂基体回收碳纤维。目前，碳纤维/环氧树脂复合材料的主导市场是碳纤维增强热固性树脂基复合材料，回收碳纤维/环氧树脂复合材料的主要商业价值是获得具有较高强度和弹性模量的碳纤维[39]。然而，一些原因限制了碳纤维/环氧树脂复合材料（CFRP）中碳纤维的回收再利用。首先，热固性聚合物被用作碳纤维增强热固性复合材料的基体，不能重熔或重塑[17]，例如，常见的热固性树脂：聚酯、双马来酰亚胺和环氧树脂，它们很难解聚成原始成分。另外，CFRP中不仅含有碳纤维和聚合物，还含有各种固化剂、促进剂和其他填料。CFRP中树脂和填料的种类和数量取决于不同用途和性能要求，CFRP的组成几乎没有标准配方[40]。因此，碳纤维/环氧树脂复合材料的成分复杂，难以分离。再者，CFRP制备过程中的发生了多种的复杂反应，因此CFRP废料的成分难以准确检测或分析。此外，现有的回收技术，无论是热解法还是化学方法都很难避免有毒气体或废液的产生。最后，全球范围内鲜有政策和法律法规来规1.空气污染2.浪费能源3.浪费高价值的碳纤维4.法律法规的限制1.难以降解2.占用土地3.土壤污染4.浪费高价值的碳纤维5.法律法规的限制CFRP废弃物
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017全球碳纤维复合材料市场分析与预测（上）[J]. 林刚. 高科技纤维与应用. 2018(05)
[2]从中远期碳纤维及其复合材料市场预测看企业竞争态势与对策[J]. 罗益锋,罗晰旻. 高科技纤维与应用. 2017(04)
[3]2016全球碳纤维复合材料市场报告[J]. 林刚,吕雪. 纺织科学研究. 2017(07)
[4]碳纤维复合材料回收及利用现状[J]. 马全胜,王宝铭. 纤维复合材料. 2016(04)
[5]2015全球碳纤维复合材料市场报告[J]. 林刚. 纺织科学研究. 2016(09)
[6]碳纤维复合材料回收与再利用研究现状[J]. 李建峰. 科技与企业. 2016(06)
[7]全球碳纤维及其复合材料市场现状和展望[J]. 林刚,申屠年. 高科技纤维与应用. 2015(02)
[8]热固性碳纤维复合材料废弃物回收及再利用现状[J]. 刘建叶,宋金梅,彭玉刚,胡照会. 化工新型材料. 2014(08)
[9]碳纤维复合材料的回收与利用[J]. 任彦. 新材料产业. 2014(08)
[10]我国碳纤维发展现状研究[J]. 金桥. 新材料产业. 2014(02)
博士论文
[1]微波加热金属铜粉及熔渗烧结钨铜复合材料特性研究[D]. 许磊.昆明理工大学 2016
本文编号：3135523
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
008-2018年全球碳纤维需求量及预测（千吨）
昆明理工大学硕士学位论文6中变成边角料，成为废弃物[30]。碳纤维增强复合材料制备过程中产生的废弃物种类如图1.7[31]。在碳纤维增强复合材料的制备过程中产生的废弃物中有62%是织布预浸料废料[31]。第一架用碳纤维/环氧树脂复合材料建造的飞机不久就要退役了，一架飞机的平均服务寿命一般为20年，每架飞机包含20吨以上的碳纤维树脂基复合材料废弃物，预计到2030年，约有6000-8000架这样的商业飞机达到使用寿命[16,31-34]。因此碳纤维/环氧树脂复合材料废弃物的处理成为现在越来越急迫的问题[35]。图1.7碳纤维增强复合材料制备过程中产生的不同废弃物百分比Figure1.7Percentageofdifferentwastesproducedduringthepreparationofcarbonfiberreinforcedcomposites处理碳纤维增强复合材料的传统方法是填埋和焚烧，传统方法回收碳纤维的优缺点如图1.8。据预测这种方法迟早会被淘汰，主要有以下三个方面的原因。一方面，这种废弃物很难生物降解，会造成土壤和大气污染，给环境带来压力[19,36]；另一方面，许多国家颁布了与碳纤维/环氧树脂复合材料废弃物的填埋和焚烧的处理方法相关的法律法规，如欧盟在1999颁布的“填埋指令”（1999／31／EC）将限制对废弃物复合材料的填埋处理[19,30]；另外，以上两种方法不能对碳纤维进行回收，造成资源的浪费。因此，需要研究新的处理方法，既能处理碳纤维/环氧树脂复合材料废弃物，又能回收碳纤维。国内外许多研究机构及企业纷纷提出了相关课题，开展热固性碳纤维复合材料回收研究[37,38]。例如国外的欧洲空中客车、德国宝马、美国波音航空公司、日本秩父小野田公司、Air-craftFleetRecyclingAssociation机构（美国波音公司与法国、荷兰、南非、英国成立）等；国内的北京玻钢院复合材料有限
第一章绪论7图1.8传统方法回收碳纤维的优缺点Figure1.8Advantagesanddisadvantagesoftraditionalmethodsforrecyclingcarbonfiber1.3国内外回收碳纤维的研究现状碳纤维/环氧树脂复合材料是由昂贵的碳纤维和树脂组成。碳纤维/环氧树脂复合材料的制备包括以下三个过程：首先将碳纤维束编织成碳纤维织布，然后浸入树脂基体中，加入促进剂和固化剂等，促进固化反应的进行，固化一段时间后得到碳纤维/环氧树脂复合材料。回收碳纤维/环氧树脂复合材料也就是将碳纤维与树脂基体分离，或去除树脂基体回收碳纤维。目前，碳纤维/环氧树脂复合材料的主导市场是碳纤维增强热固性树脂基复合材料，回收碳纤维/环氧树脂复合材料的主要商业价值是获得具有较高强度和弹性模量的碳纤维[39]。然而，一些原因限制了碳纤维/环氧树脂复合材料（CFRP）中碳纤维的回收再利用。首先，热固性聚合物被用作碳纤维增强热固性复合材料的基体，不能重熔或重塑[17]，例如，常见的热固性树脂：聚酯、双马来酰亚胺和环氧树脂，它们很难解聚成原始成分。另外，CFRP中不仅含有碳纤维和聚合物，还含有各种固化剂、促进剂和其他填料。CFRP中树脂和填料的种类和数量取决于不同用途和性能要求，CFRP的组成几乎没有标准配方[40]。因此，碳纤维/环氧树脂复合材料的成分复杂，难以分离。再者，CFRP制备过程中的发生了多种的复杂反应，因此CFRP废料的成分难以准确检测或分析。此外，现有的回收技术，无论是热解法还是化学方法都很难避免有毒气体或废液的产生。最后，全球范围内鲜有政策和法律法规来规1.空气污染2.浪费能源3.浪费高价值的碳纤维4.法律法规的限制1.难以降解2.占用土地3.土壤污染4.浪费高价值的碳纤维5.法律法规的限制CFRP废弃物
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017全球碳纤维复合材料市场分析与预测（上）[J]. 林刚. 高科技纤维与应用. 2018(05)
[2]从中远期碳纤维及其复合材料市场预测看企业竞争态势与对策[J]. 罗益锋,罗晰旻. 高科技纤维与应用. 2017(04)
[3]2016全球碳纤维复合材料市场报告[J]. 林刚,吕雪. 纺织科学研究. 2017(07)
[4]碳纤维复合材料回收及利用现状[J]. 马全胜,王宝铭. 纤维复合材料. 2016(04)
[5]2015全球碳纤维复合材料市场报告[J]. 林刚. 纺织科学研究. 2016(09)
[6]碳纤维复合材料回收与再利用研究现状[J]. 李建峰. 科技与企业. 2016(06)
[7]全球碳纤维及其复合材料市场现状和展望[J]. 林刚,申屠年. 高科技纤维与应用. 2015(02)
[8]热固性碳纤维复合材料废弃物回收及再利用现状[J]. 刘建叶,宋金梅,彭玉刚,胡照会. 化工新型材料. 2014(08)
[9]碳纤维复合材料的回收与利用[J]. 任彦. 新材料产业. 2014(08)
[10]我国碳纤维发展现状研究[J]. 金桥. 新材料产业. 2014(02)
博士论文
[1]微波加热金属铜粉及熔渗烧结钨铜复合材料特性研究[D]. 许磊.昆明理工大学 2016
本文编号：3135523
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