碳纤维强化树脂的回收再利用方法及回收再利用装置与流程

1.本发明涉及一种碳纤维强化树脂的回收再利用方法及回收再利用装置。


背景技术：

2.近年来，为了能够使更多人负担得起，能够确保可持续且先进的能源获取，目前正实施有助于能源效率化的燃料电池系统的研究开发。
3.在此，例如，储存要供给至燃料电池的氢气的高压氢气储罐的内衬是由碳纤维强化树脂覆盖，碳纤维强化树脂包含碳纤维及基体树脂。
4.专利文献1中记载了高压氢气储罐的回收再利用方法。具体来说，首先，使用干馏炉加热高压氢气储罐，从而将基体树脂干馏，并生成固定碳附着在碳纤维上的再生碳材料。其次，将再生碳材料剪裁为特定尺寸后，使用连续式炉使固定碳氧化，而生成再生碳纤维。
5.[先行技术文献]
[0006]
(专利文献)
[0007]
专利文献1：国际公开第2020/179915号


技术实现要素：

[0008]
[发明所要解决的问题]
[0009]
然而，制造再生碳纤维的长纤维时的可操作性会降低。
[0010]
本发明的目的在于提供一种碳纤维强化树脂的回收再利用方法及回收再利用装置，其能够提高制造再生碳纤维的长纤维时的可操作性。
[0011]
[解决问题的技术手段]
[0012]
本发明的一态样是一种将包含碳纤维及基体树脂的碳纤维强化树脂回收再利用的方法，所述方法包括：第一加热步骤，借由加热前述碳纤维强化树脂，使前述基体树脂分解，而获得前述基体树脂的分解残留物附着在前述碳纤维上的中间体；卷出步骤，从前述中间体卷出中间体纤维；第二加热步骤，借由加热前述卷出的中间体纤维，使附着在前述中间体纤维上的基体树脂的分解残留物分解，而获得再生碳纤维；及，卷取步骤，卷取前述再生碳纤维。
[0013]
前述第一加热步骤可以包括：第一步骤，以前述基体树脂的热分解起始温度以上且前述基体树脂的热分解气体的着火点以下的温度，使前述基体树脂分解；及，第二步骤，以前述基体树脂的分解残留物的热氧化分解起始温度以上且前述碳纤维的热分解起始温度以下的温度，使在前述第一步骤中分解的基体树脂分解。
[0014]
前述碳纤维强化树脂可以包含在储罐中。
[0015]
本发明的另一态样是一种将包含碳纤维及基体树脂的碳纤维强化树脂回收再利用的装置，所述装置具有：热处理炉，借由加热前述碳纤维强化树脂，使前述基体树脂分解，而获得前述基体树脂的分解残留物附着在前述碳纤维上的中间体；卷出部，从前述中间体卷出中间体纤维；管状炉，借由加热前述卷出的中间体纤维，使附着在前述中间体纤维上的
基体树脂的分解残留物分解，而获得再生碳纤维；及，卷取部，卷取前述再生碳纤维。
[0016]
上述碳纤维强化树脂的回收再利用装置可以还具有质量检测部，所述质量检测部检测前述热处理炉中的前述碳纤维强化树脂的质量。
[0017]
前述碳纤维强化树脂可以包含在储罐中。
[0018]
上述碳纤维强化树脂的回收再利用装置可以还具有旋转部，所述旋转部使前述储罐在前述热处理炉内旋转。
[0019]
前述旋转部可以具有大致水平方向的旋转轴。
[0020]
(发明的效果)
[0021]
根据本发明，可以提供一种碳纤维强化树脂的回收再利用方法及回收再利用装置，其能够提高制造再生碳纤维的长纤维时的可操作性。
附图说明
[0022]
图1是示出热处理炉的一例的图。
[0023]
图2是示出使高压氢气储罐在热处理室内旋转的旋转部的一例的图。
[0024]
图3是示出从包含在高压氢气储罐中的中间体卷出中间体纤维的卷出部的一例的图。
[0025]
图4是示出管状炉、上浆(sizing)部、进给机构及卷取部的一例的图。
[0026]
图5是示出实施例1的热处理炉中的加热分布的图。
具体实施方式
[0027]
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
[0028]
本实施方式的碳纤维强化树脂的回收再利用方法是将包含碳纤维及基体树脂的碳纤维强化树脂回收再利用的方法。具体来说，本实施方式的碳纤维强化树脂的回收再利用方法包括：第一加热步骤，借由加热碳纤维强化树脂，使基体树脂分解，而获得基体树脂的分解残留物附着在碳纤维上的中间体；卷出步骤，从中间体卷出中间体纤维；第二加热步骤，借由加热卷出的中间体纤维，使附着在中间体纤维上的基体树脂的分解残留物分解，而获得再生碳纤维；及，卷取步骤，卷取再生碳纤维。此处，关于中间体，由于基体树脂的分解残留物附着在碳纤维上，所以卷出中间体纤维时的可操作性提高。另一方面，关于再生碳纤维，附着在中间体纤维上的基体树脂的分解残留物分解，作为碳纤维来说纯度提高。并且，由于比中间体纤维更柔弹或柔软，所以卷取再生碳纤维时的可操作性提高。结果，制造再生碳纤维的长纤维时的可操作性提高。
[0029]
作为碳纤维，并无特别限定，可以列举例如聚丙烯腈(polyacrylonitrile,pan)类的碳纤维、沥青类的碳纤维(pitch-based carbon fiber)等。
[0030]
碳纤维及再生碳纤维的纤维长度并无特别限定，例如为1m以上。
[0031]
作为基体树脂，并无特别限定，可以列举例如环氧树脂等热固性树脂、热塑性树脂等。
[0032]
第一加热步骤优选包括：第一步骤，以基体树脂的热分解起始温度以上且基体树脂的热分解气体的着火点以下的温度，使基体树脂分解；及，第二步骤，以基体树脂的分解残留物的热氧化分解起始温度以上且碳纤维的热分解起始温度以下的温度，使在第一步骤
中分解的基体树脂分解。由此，抑制因基体树脂的热分解气体燃烧所导致的过度加热和碳纤维劣化。
[0033]
当基体树脂为环氧树脂时，例如在第一步骤中以330℃以上且360℃以下的温度加热，在第二步骤中以430℃以上且470℃以下的温度加热。在该情况下，作为热分解气体，可以列举例如双酚a、苯酚等。
[0034]
另外，第一加热步骤中的加热温度只要能够获得基体树脂的分解残留物附着在碳纤维上的中间体，便无特别限定。
[0035]
卷出步骤中从中间体卷出中间体纤维的条件并无特别限定。
[0036]
第二加热步骤中的加热温度优选为第一加热步骤中的加热温度以上。由此，附着在中间体纤维上的基体树脂的分解残留物容易分解。另一方面，第二加热步骤中的加热温度优选为碳纤维的热分解起始温度以下。由此，碳纤维的劣化得到抑制。
[0037]
卷取步骤中卷取再生碳纤维的条件并无特别限定。
[0038]
另外，也可以对再生纤维上浆后进行卷取。
[0039]
作为回收再利用的碳纤维强化塑料的具体例，可以列举例如众所周知的高压氢气储罐(2型～4型)等。
[0040]
高压氢气储罐的内衬由碳纤维强化树脂覆盖。作为构成内衬的材料，并无特别限定，可以列举铬钼钢、铝、聚酰胺、聚乙烯等。
[0041]
本实施方式的碳纤维强化树脂的回收再利用装置具有：热处理炉，借由加热碳纤维强化树脂，使基体树脂分解，而获得基体树脂的分解残留物附着在碳纤维上的中间体；卷出部，从中间体卷出中间体纤维；管状炉，借由加热卷出的中间体纤维，使附着在中间体纤维上的基体树脂的分解残留物分解，而获得再生碳纤维；及，卷取部，卷取再生碳纤维。本实施方式的碳纤维强化树脂的回收再利用装置可以视需要进一步具有对再生碳纤维上浆的上浆部、控制再生碳纤维的线速度的进给机构等。
[0042]
图1中示出了热处理炉的一例。
[0043]
热处理炉10具有热处理室11及燃烧室12。
[0044]
热处理室11是周围被外壁11a及内壁11b包围的密闭空间。并且，热处理室11在图中左侧的外壁11a的上部及右侧的外壁11a的下部设置有燃烧器11c，使燃烧气体流向内壁11b内。因此，若在燃烧器11c中将气体燃料与空气混合而进行燃烧，则燃烧气体会在内壁11b内形成对流，内壁11b内的温度保持稳定。
[0045]
在热处理室11的外壁11a及内壁11b的一部分设置有密封门，所述密封门用于容纳碳纤维强化树脂。此处，碳纤维强化树脂是载置在隔热材料11d上，所述隔热材料11d是贯穿内壁11b的底面而设置。并且，作为质量检测部的称重传感器(load cell)11e是设置在外壁11a的底面与隔热材料11d之间，根据变形量实时检测碳纤维强化树脂的质量。由此，因为使热处理室11中的加热条件最优化，所以由碳纤维强化树脂的材料、形状等的个体差异引起的中间体中的基体树脂的分解残留物的含量变动得到抑制，管理精度提高。并且，由于可以不必使热处理室11中的加热时间延长到必要的时间长度以上，所以有助于缩短加热时间、降低能耗。
[0046]
另外，质量检测部也可以实时检测碳纤维强化树脂的质量减少量。并且，也可以视需要省略质量检测部。
[0047]
内壁11b内产生的基体树脂的分解气体从图中形成在内壁11b的上部的排气口11f排出后，经由贯穿外壁11a而设置的管道11g被导入到燃烧室12中。
[0048]
燃烧室12是周围由外壁12a及内壁12b包围的密闭空间。并且，燃烧室12在图中左侧的外壁12a的中央部设置有燃烧器12c，使燃烧气体流向内壁12b内。另一方面，管道11g贯穿外壁12a后，在外壁12a内贯穿内壁12b的内外，最终与图中内壁12b的左上部连接。此时，基体树脂的分解气体在通过内壁12b内的管道11g的期间，被内壁12b内流动的燃烧气体加热后，从内壁12b的左上部导入而与燃烧气体接触。由此，基体树脂的分解气体在燃烧后从排气口12d排出到外部。
[0049]
以下，对回收再利用包含在高压氢气储罐中的碳纤维强化树脂的情形进行说明。
[0050]
图2中示出了使高压氢气储罐在热处理室内旋转的旋转部的一例。另外，图2(a)及(b)分别为剖面图及侧视图。
[0051]
由于旋转部20以大致水平方向的旋转轴21贯穿热处理室的壁部w，所以图中上下方向的碳纤维强化树脂的温度分布均匀。
[0052]
另外，旋转轴21也可以为大致水平方向以外的方向，例如也可以为大致垂直方向。若旋转轴21为大致垂直方向，则以相当于旋转轴21为大致水平方向时的程度，使热处理室内的碳纤维强化树脂的温度分布均匀。
[0053]
高压氢气储罐t经由利用口环形状的附带凸缘的治具22及旋转轴凸缘23而与旋转轴21连接。此时，附带凸缘的治具22及旋转轴凸缘23由螺栓螺母等固定。并且，高压氢气储罐t载置在基座24上，在基座24上设置有轴承25。此外，在热处理炉的壁部w的内侧设置有隔热材料26。并且，在热处理炉的壁部w的外侧设置有使旋转轴21旋转的马达，且在旋转轴21的周围设置有冷却套27。
[0054]
图3中示出了从包含在高压氢气储罐中的中间体卷出中间体纤维的卷出部的一例。另外，图3(a)及(b)分别为前视图及侧视图。
[0055]
卷出部30具有：旋转治具31，可旋转地支承包含中间体的高压氢气储罐t1；及，马达32，具备卷出中间体纤维i的旋转动力。马达32的旋转动力经由皮带33而传递到旋转治具31。其结果为，中间体纤维i经由辊34、辊35及辊36被卷出。此时，在比高压氢气储罐t1的中间体纤维i被卷出的位置的切线更靠外侧处配置辊34，以卷出中间体纤维i。并且，辊34、辊35及辊36为长轴，以应对高压氢气储罐t1的长度方向上的卷出。此外，设置有控制卷出张力的张力调节辊(dancer roller)37，以吸收由环向卷绕(hoop winding)、螺旋卷绕(helical winding)引起的每旋转一圈产生的卷出量差异。
[0056]
另外，也可设置叶片(blade)代替辊34。
[0057]
图4中示出了管状炉、上浆部、进给机构及卷取部的一例。
[0058]
管状炉40在石英管41的两端设置有隔热盖42，所述隔热盖42中形成有中间体纤维i可通过的通孔。并且，管状炉40在石英管41的中央部依次设置有电热丝43、隔热材料44及保护罩45。因此，借由对电热丝43通入电流，而加热中间体纤维i，附着在中间体纤维i上的基体树脂的分解残留物会分解，从而获得再生碳纤维r。此时，管状炉40内的温度分布均匀，并且中间体纤维i以外的加热得到抑制。
[0059]
上浆部50使再生碳纤维r通过上浆液51。此时，利用加热器52加热上浆液51。并且，利用辊53防止上浆液51过度涂敷在再生碳纤维r上。
[0060]
另外，也可以视需要设置干燥炉，使再生碳纤维r干燥。
[0061]
进给机构60具有供料辊61、62及63，利用供料辊61、62及63与再生碳纤维r的摩擦，将再生碳纤维r的线速度控制在易于工程管理的线速度。
[0062]
卷取部70具有：卷取马达71，用于将再生碳纤维r卷取到纸芯p上；及，滑动辊72，用于将再生碳纤维r横向卷绕(traverse winding)。此时，借由控制卷取马达71的扭矩，来控制再生碳纤维r的卷取张力。
[0063]
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式，也可以在本发明的主旨范围内对上述实施方式进行适当变更。
[0064]
[实施例]
[0065]
以下，对本发明的实施例进行说明，但本发明并不限于实施例。
[0066]
[实施例1]
[0067]
使用碳纤维强化树脂的回收再利用装置(参考图1～4)，在以下条件下回收再利用包含在高压氢气储罐(2型)中的碳纤维强化树脂，而获得再生碳纤维。结果，卷出中间体纤维时的可操作性及卷取再生碳纤维时的可操作性良好。
[0068]
碳纤维：pan类的碳纤维
[0069]
基体树脂：环氧树脂
[0070]
热处理炉中的加热分布(参考图5)
[0071]
中间体中的基体树脂的分解残留物的含量：5质量％
[0072]
管状炉中的加热温度：460℃
[0073]
[比较例1]
[0074]
将中间体中的基体树脂的分解残留物的含量设为0质量％，结果，中间体纤维发生缠绕，而未能卷出。
[0075]
附图标记
[0076]
10：热处理炉
[0077]
11：热处理室
[0078]
11a：外壁
[0079]
11b：内壁
[0080]
11c：燃烧器
[0081]
11d：隔热材料
[0082]
11e：称重传感器
[0083]
11f：排气口
[0084]
11g：管道
[0085]
12：燃烧室
[0086]
12a：外壁
[0087]
12b：内壁
[0088]
12c：燃烧器
[0089]
12d：排气口
[0090]
20：旋转部
[0091]
21：旋转轴
[0092]
22：附带凸缘的治具
[0093]
23：旋转轴凸缘
[0094]
24：基座
[0095]
25：轴承
[0096]
26：隔热材料
[0097]
27：冷却套
[0098]
t：高压氢气储罐
[0099]
w：热处理炉的壁部
[0100]
30：卷出部
[0101]
31：旋转治具
[0102]
32：马达
[0103]
33：皮带
[0104]
34、35、36：辊
[0105]
37：张力调节辊
[0106]
t1：高压氢气储罐
[0107]
40：管状炉
[0108]
41：石英管
[0109]
42：隔热盖
[0110]
43：电热丝
[0111]
44：隔热材料
[0112]
45：保护罩
[0113]
r：再生碳纤维
[0114]
50：上浆部
[0115]
51：上浆液
[0116]
52：加热器
[0117]
53：辊
[0118]
60：进给机构
[0119]
61、62、63：供料辊
[0120]
70：卷取部
[0121]
71：卷取马达
[0122]
72：滑动辊
[0123]
p：纸芯

技术特征：
1.一种碳纤维强化树脂的回收再利用方法，其是将包含碳纤维及基体树脂的碳纤维强化树脂回收再利用的方法，且包括：第一加热步骤，借由加热前述碳纤维强化树脂，使前述基体树脂分解，而获得前述基体树脂的分解残留物附着在前述碳纤维上的中间体；卷出步骤，从前述中间体卷出中间体纤维；第二加热步骤，借由加热前述卷出的中间体纤维，使附着在前述中间体纤维上的基体树脂的分解残留物分解，而获得再生碳纤维；及，卷取步骤，卷取前述再生碳纤维。2.根据权利要求1所述的碳纤维强化树脂的回收再利用方法，其中，前述第一加热步骤包括：第一步骤，以前述基体树脂的热分解起始温度以上且前述基体树脂的热分解气体的着火点以下的温度，使前述基体树脂分解1.5小时以上；及，第二步骤，以前述基体树脂的分解残留物的热氧化分解起始温度以上且前述碳纤维的热分解起始温度以下的温度，使在前述第一步骤中分解的基体树脂分解。3.根据权利要求1所述的碳纤维强化树脂的回收再利用方法，其中，前述碳纤维强化树脂包含在储罐中。4.一种碳纤维强化树脂的回收再利用装置，其是将包含碳纤维及基体树脂的碳纤维强化树脂回收再利用的装置，且具有：热处理炉，借由加热前述碳纤维强化树脂，使前述基体树脂分解，而获得前述基体树脂的分解残留物附着在前述碳纤维上的中间体；卷出部，从前述中间体卷出中间体纤维；管状炉，借由加热前述卷出的中间体纤维，使附着在前述中间体纤维上的基体树脂的分解残留物分解，而获得再生碳纤维；及，卷取部，卷取前述再生碳纤维。5.根据权利要求4所述的碳纤维强化树脂的回收再利用装置，还具有质量检测部，所述质量检测部检测前述热处理炉中的前述碳纤维强化树脂的质量。6.根据权利要求4所述的碳纤维强化树脂的回收再利用装置，其中，前述碳纤维强化树脂包含在储罐中。7.根据权利要求6所述的碳纤维强化树脂的回收再利用装置，还具有旋转部，所述旋转部使前述储罐在前述热处理炉内旋转。8.根据权利要求7所述的碳纤维强化树脂的回收再利用装置，其中，前述旋转部具有大致水平方向的旋转轴。

技术总结
本发明提供一种碳纤维强化树脂的回收再利用方法，其是将包含碳纤维及基体树脂的碳纤维强化树脂回收再利用的方法，且包括：第一加热步骤，借由加热前述碳纤维强化树脂，使前述基体树脂分解，而获得前述基体树脂的分解残留物附着在前述碳纤维上的中间体；卷出步骤，从前述中间体卷出中间体纤维；第二加热步骤，借由加热前述卷出的中间体纤维，使附着在前述中间体纤维上的基体树脂的分解残留物分解，而获得再生碳纤维；及，卷取步骤，卷取前述再生碳纤维。维。


技术研发人员：野口圣人 菅满春
受保护的技术使用者：本田技研工业株式会社
技术研发日：2022.03.25
技术公布日：2023/10/6