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碳纖維復合材料廢棄物的回收與再利用技術發展

放大字體  縮小字體 發布日期:2014-03-06  瀏覽次數:144

  2.7 德國RWTH Aachen大學紡織技術研究所
  德國RWTH Aachen大學紡織技術研究所利用碳粗紗(6 ~ 24 K,單絲直徑 7 μm)生產過程產生的廢絲以及卷曲或非卷曲碳纖維織物切割時產生的邊角料,研發出了 3種碳廢絲的切割裝置(圖 2)及其空氣動力學非織造布的生產技術,由它可連續生產再生碳纖維非織造布。
  該所同時還對上述 3 種不同切割裝置所生產的短切碳纖維(圖 3,纖維長度>15 mm)提出了碳纖維長度的測定和表征方法。其中切割機(圖2(a))法中,在切割機的轉子上裝有易替換的刀片和外罩,可以15 m/s的高速度運行,這些葉片相互略有傾斜,以達到斜向切割,可制成30 mm和60 mm等長度;單軸切碎機(圖2(b))法中,切割機以 5 ~ 10 m/s的速度中速運行,由一個活塞推動進口廢絲朝轉子方向行進,轉子上裝有易替換的切割齒,當超載時轉子會自動反轉,可制成60 mm等長度的纖維;旋轉剪切機(圖2(c))法中,切割機以0.3 ~ 0.8 m/s的速度低速運行,其兩軸相連,因此靠本身的旋轉剪切力就可供入原料,每個軸上裝有幾個切割盤,再生碳纖維在兩個相對的切盤間被切割,當出現超載時,雙軸會自動反轉。
  試驗結果表明,單軸切碎機和旋轉剪切機都適于生產較短的短切纖維,但會產生大量粉塵;而切割機法適合生產較長的纖維,且粉塵量少。圖 4 所示為采用切割機所生產的碳纖維長度的表征結果。通過比較可以發現,纖維的平均長度和標準偏差值取決于所使用的測試方法和切割進程。這兩種方法均顯示出有所差別和較高的標準偏差及離散系數,而人工法(DIN)卻顯示出較大的纖維平均長度及較小的長度偏差。實驗證明,經第一切割周期后,不同纖維樣品的平均長度變化較大(樣品 1 ~ 3),但經切割 3 ~ 5次后(樣品 4 ~ 11)則趨于均勻,但標準偏差仍居高位。
  總之,切割機法最適于由碳纖維粗紗的廢品制取短纖維。
  2.8 德國薩克森紡織研究所(STFI)等
  STFI從事對碳纖維和CFRP生產過程中所產生的多種廢料等的再利用研究,并將回收的碳纖維應用于加工非織造布。其研究的再生碳纖維可充分保持原有特性,并以長度50 ~ 100 mm的形式加以利用。同時該所還開展用碳纖維正品與再生碳纖維形成共混網材的技術研發,以提高綜合使用性能、耐變形性能和耐破裂強度等。
  德國Thuringen纖維塑料研究所(TITK)則研發將切碎的碳纖維加工形成網材的技術。
  CFK Valley Stade Recycling公司也表示,將熱處理后的再生碳纖維切割成10 mm后就可用梳棉機制成網材。試驗結果表明,還可使用長度100 mm的碳纖維正品與30 mm的再生碳纖維加工形成共混網材。
  Bonding工程公司曾報道,采用該公司的Maliwatt針刺結合法也可有效形成短切碳纖維網,即在梳棉工序就可形成由100%長50 ~ 100 mm的碳纖維正品與30 mm長的再生碳纖維制成的共混網材,它可作為CFRP的基礎材料。由該工序所形成的再生碳纖維所制成的CFRP,已確認可應用于以往的多個領域,但在汽車領域,考慮到安全因素,只限于內裝的坐席和轎車車尾的行李廂中。
  2.9 其他
  日立化成開發了采用常壓溶解法由CFRP廢料回收再生碳纖維的技術,信州大學開發了利用氧化物半導體的熱活性回收碳纖維的技術,而靜岡大學則利用超臨界或亞臨界流體回收再生碳纖維的技術,據說我國的上海交通大學也在研發相關技術。
3 結語
  目前,我國某些大學和科研院所也在開展由廢CFRP回收碳纖維的技術,但要實現產業化尚需時日。在國外,隨著一些CFRP汽車產品進入報廢期,當務之急便是開發大規模回收碳纖維的連續化、低成本和低能耗的回收生產線,以避免這些廢材在將來堆積如山。
  另外,碳纖維生產過程中所產生的廢絲或是深加工過程及CFRP制備過程中所產生的廢品,將隨著產量的迅速增加而不斷增多。對于生產過程中所產生的廢絲,目前國內外生產廠家都已將其加工成短切或研磨碳纖維出售,而CFRP廢品仍需針對產品的具體特點,通過適用的回收技術加以利用。
  據了解,目前我國已有30多家規模不一的碳纖維生產廠以及數百家下游CFRP生產廠,而且據預測到2017年前后,我國有望變成全球最大的碳纖維消費國,因此及早研發出具有自主知識產權的CFRP廢材回收技術已是相關行業刻不容緩的責任,國家有關部門應予以政策和資金上的大力支持。
 
 
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