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纤维增强复合材料回收与再利用技术

2020-11-05

纤维增强复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳、成型工艺好、可设计性强等优点,被广泛地应用于航空航天、风电叶片、体育休闲、交通运输和桥梁建筑等领域制件,并且以碳纤维为代表的复合材料用量正在与日俱增。然而复合材料应用的越广泛,产生数量也就越多。如下图所示,在碳纤维、预浸料以及复合材料制品的生产过程中,不可避免的会产生大量的废弃纤维增强复合材料。


2018年,我国复合材料总产量为430万吨,预测在2023年将达到556万吨左右,预计到2034年,全球碳纤维复合材料风机叶片废弃物的数量将达到22.5万吨以上。已先后超过德国、日本居世界第2位。并且目前我国复合材料生产工艺大多数还在使用手工铺设的方法,近几年新增的复合材料废料量也愈来愈高,因此复合材料回收在我国具有很大的市场价值。


纤维增强复合材料回收技术

目前,碳纤维复合材料废弃物的回收方法主要有三种,物理回收(机械法:降级利用、粉碎利用)、化学处理(亚临界流体、超临界流体、定向降解、普通溶剂等)和热解处理(无氧热解、微波热解、熔盐热解等)。

01物理回收
工艺简单、不产生污染物,可回收不同长度的短纤维复合材料粒子,不过也局限于短纤维,这是因为纤维在回收过程中受到破坏较大,无法得到长纤维。

02化学处理
亚/超临界流体:该方法具有原料廉价、回收过程环保、回收纤维表面干净且性能优异等优点。但该方法的反应设备昂贵、要求高、反应条件苛刻、安全系数低,目前该方法还停留在实验室阶段,未能工业化放大。
溶剂解离法:操作简单、设备要求低,但反应时间一般较长,且溶剂通常会对纤维或环境造成一定的破坏,处理后的废液存在二次污染,目前仅限于实验室的研究。

03热解处理

热解法是在惰性气体或无氧环境中,通过300~800℃高温(具体操作温度取决于树脂的热解温度)使复合材料树脂基体分解,进而实现碳纤维和其他材料回收的方法。热解法生成的低分子量有机化合物可用作化学原料或燃料,得到的碳纤维质量相对较稳定,并且该方法适用于被污染的碳纤维复合材料废料。

通过对比可知,热解处理法是目前最具开发应用前景的回收技术,不仅可以实现高价值材料的利用,而且纤维复合材料部件回收和再利用可大大减少能源消耗和环境污染,对于复合材料产业的发展具有十分重要的作用,是唯一实现工业化生产的碳纤维复合材料回收技术。



湖南顶立科技有限公司结合多年深耕热工装备领域累积的经验,采用智能控制系统设计及集成技术,建成固废资源化处理热工装备研发生产基地,研制出低耗低排高效碳纤维复合材料热解回收成套装备,助力绿色循环碳纤维产业发展。

纤维增强复合材料热解回收成套装备

技术特征:

1.全自动连续热处理技术
自动连续进料、出料、卸料,运行可控性高;

2.高效节能技术
高温气体出口设计余热回收装备,降低了耗能,节约成本;

3.高效密封技术
特殊结构设计可防止外界空气进入炉管,防止炉内反应气氛和尾气泄露,实现了连续热解的密封需求;

4.油气分离技术
采用专利技术,可实现原料热解的油、气完全分离和高效净化回收,实现原料的能源化利用;

5.尾气净化技术
尾气依次经过连续收集、二次燃烧、急冷、静电除尘、洗涤等设备处理后再排放,实现了尾气达标排放。

系统参数

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