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碳纤维复合材料废弃物的回收与再利用技术发展

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-03-06  浏览次数:138

  2.7 德国RWTH Aachen大学纺织技术研究所
  德国RWTH Aachen大学纺织技术研究所利用碳粗纱(6 ~ 24 K,单丝直径 7 μm)生产过程产生的废丝以及卷曲或非卷曲碳纤维织物切割时产生的边角料,研发出了 3种碳废丝的切割装置(图 2)及其空气动力学非织造布的生产技术,由它可连续生产再生碳纤维非织造布。
  该所同时还对上述 3 种不同切割装置所生产的短切碳纤维(图 3,纤维长度>15 mm)提出了碳纤维长度的测定和表征方法。其中切割机(图2(a))法中,在切割机的转子上装有易替换的刀片和外罩,可以15 m/s的高速度运行,这些叶片相互略有倾斜,以达到斜向切割,可制成30 mm和60 mm等长度;单轴切碎机(图2(b))法中,切割机以 5 ~ 10 m/s的速度中速运行,由一个活塞推动进口废丝朝转子方向行进,转子上装有易替换的切割齿,当超载时转子会自动反转,可制成60 mm等长度的纤维;旋转剪切机(图2(c))法中,切割机以0.3 ~ 0.8 m/s的速度低速运行,其两轴相连,因此靠本身的旋转剪切力就可供入原料,每个轴上装有几个切割盘,再生碳纤维在两个相对的切盘间被切割,当出现超载时,双轴会自动反转。
  试验结果表明,单轴切碎机和旋转剪切机都适于生产较短的短切纤维,但会产生大量粉尘;而切割机法适合生产较长的纤维,且粉尘量少。图 4 所示为采用切割机所生产的碳纤维长度的表征结果。通过比较可以发现,纤维的平均长度和标准偏差值取决于所使用的测试方法和切割进程。这两种方法均显示出有所差别和较高的标准偏差及离散系数,而人工法(DIN)却显示出较大的纤维平均长度及较小的长度偏差。实验证明,经第一切割周期后,不同纤维样品的平均长度变化较大(样品 1 ~ 3),但经切割 3 ~ 5次后(样品 4 ~ 11)则趋于均匀,但标准偏差仍居高位。
  总之,切割机法最适于由碳纤维粗纱的废品制取短纤维。
  2.8 德国萨克森纺织研究所(STFI)等
  STFI从事对碳纤维和CFRP生产过程中所产生的多种废料等的再利用研究,并将回收的碳纤维应用于加工非织造布。其研究的再生碳纤维可充分保持原有特性,并以长度50 ~ 100 mm的形式加以利用。同时该所还开展用碳纤维正品与再生碳纤维形成共混网材的技术研发,以提高综合使用性能、耐变形性能和耐破裂强度等。
  德国Thuringen纤维塑料研究所(TITK)则研发将切碎的碳纤维加工形成网材的技术。
  CFK Valley Stade Recycling公司也表示,将热处理后的再生碳纤维切割成10 mm后就可用梳棉机制成网材。试验结果表明,还可使用长度100 mm的碳纤维正品与30 mm的再生碳纤维加工形成共混网材。
  Bonding工程公司曾报道,采用该公司的Maliwatt针刺结合法也可有效形成短切碳纤维网,即在梳棉工序就可形成由100%长50 ~ 100 mm的碳纤维正品与30 mm长的再生碳纤维制成的共混网材,它可作为CFRP的基础材料。由该工序所形成的再生碳纤维所制成的CFRP,已确认可应用于以往的多个领域,但在汽车领域,考虑到安全因素,只限于内装的坐席和轿车车尾的行李厢中。
  2.9 其他
  日立化成开发了采用常压溶解法由CFRP废料回收再生碳纤维的技术,信州大学开发了利用氧化物半导体的热活性回收碳纤维的技术,而静冈大学则利用超临界或亚临界流体回收再生碳纤维的技术,据说我国的上海交通大学也在研发相关技术。
3 结语
  目前,我国某些大学和科研院所也在开展由废CFRP回收碳纤维的技术,但要实现产业化尚需时日。在国外,随着一些CFRP汽车产品进入报废期,当务之急便是开发大规模回收碳纤维的连续化、低成本和低能耗的回收生产线,以避免这些废材在将来堆积如山。
  另外,碳纤维生产过程中所产生的废丝或是深加工过程及CFRP制备过程中所产生的废品,将随着产量的迅速增加而不断增多。对于生产过程中所产生的废丝,目前国内外生产厂家都已将其加工成短切或研磨碳纤维出售,而CFRP废品仍需针对产品的具体特点,通过适用的回收技术加以利用。
  据了解,目前我国已有30多家规模不一的碳纤维生产厂以及数百家下游CFRP生产厂,而且据预测到2017年前后,我国有望变成全球最大的碳纤维消费国,因此及早研发出具有自主知识产权的CFRP废材回收技术已是相关行业刻不容缓的责任,国家有关部门应予以政策和资金上的大力支持。
 
 
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