TWI893811B - 回收纖維製造方法 - Google Patents
回收纖維製造方法Info
- Publication number
- TWI893811B TWI893811B TW113118346A TW113118346A TWI893811B TW I893811 B TWI893811 B TW I893811B TW 113118346 A TW113118346 A TW 113118346A TW 113118346 A TW113118346 A TW 113118346A TW I893811 B TWI893811 B TW I893811B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- fiber
- drum
- superheated steam
- fiber composite
- recycled
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
- B29B17/02—Separating plastics from other materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
- B29B17/0005—Direct recuperation and re-use of scrap material during moulding operation, i.e. feed-back of used material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
- B29B17/04—Disintegrating plastics, e.g. by milling
- B29B17/0412—Disintegrating plastics, e.g. by milling to large particles, e.g. beads, granules, flakes, slices
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01G—PRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
- D01G11/00—Disintegrating fibre-containing articles to obtain fibres for re-use
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
- B29B2017/001—Pretreating the materials before recovery
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
- B29B17/02—Separating plastics from other materials
- B29B2017/0213—Specific separating techniques
- B29B2017/0293—Dissolving the materials in gases or liquids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
- B29B17/04—Disintegrating plastics, e.g. by milling
- B29B2017/0424—Specific disintegrating techniques; devices therefor
- B29B2017/0436—Immersion baths
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
- B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
- B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
- B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
- B29K2105/12—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of short lengths, e.g. chopped filaments, staple fibres or bristles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
Abstract
本發明是有關於一種回收纖維製造方法,所述回收纖維製造方法包括:向筒添加經預處理纖維複合材料;移動添加有經預處理纖維複合材料的筒;將筒暴露於過熱蒸汽及氧化劑;自經預處理纖維複合材料移除基質樹脂及炭以製造出回收纖維;以及移動包括回收纖維的筒且自筒收集回收纖維,且可在使最終製造出的回收纖維的抗張強度的減小最小化的同時使纖維複合材料的分解速率得以提高。
Description
[相關申請案的交叉參考]
本申請案主張於2023年5月19日在韓國智慧財產局提出申請的韓國專利申請案第10-2023-0065165號的優先權及權益,所述韓國專利申請案的全部內容併入本案供參考。
本發明是有關於一種回收纖維製造方法。
在碳纖維或玻璃纖維中通常混合有熱固性樹脂或熱塑性樹脂(基質樹脂)的纖維複合材料展現出高強度、高彈性、輕重量、耐熱性及耐化學性,且因此被廣泛用作工業材料(例如,航太、風力發電、車輛等)。然而,纖維複合材料由於碳纖維及玻璃纖維與樹脂的接合力高而難以分解,且具體而言,若使用熱固性樹脂,則纖維複合材料不可能被回收,且因此大多纖維複合材料被丟棄且因此被焚燒或掩埋。近來,正在強化關於纖維複合材料(例如,碳複合材料)的廢棄物處置的法規。具體而言,在歐洲不可能進行焚燒,且在一些國家以有限的方式允許進行掩埋,但傾向於對掩埋進
行更嚴格的監管。因此,自纖維複合材料回用碳纖維或玻璃纖維的技術可藉由減少廢棄物的產生而為環境友好的,且藉由對昂貴的碳纖維或玻璃纖維進行回收及再利用而亦為經濟的。
當前,自纖維複合材料之中的碳纖維複合材料回用碳纖維的技術主要包括熱分解法及溶劑添加法。熱分解法由於製程簡單而被最廣泛地使用,但缺點在於在分解之後會在回收纖維表面上產生樹脂殘留物(炭)且會使回用碳纖維(回收纖維)的性質劣化。另外,由於經分解的樹脂被轉化成氣態物質且被排放,因此會存在使用大量能量對大容量爐進行加熱且造成空氣污染的更多問題。溶劑添加法會回用性質穩定的碳纖維(回收纖維)且不產生廢氣,且因此被視為環境友好的,但具有對包括作為廢水排放的溶劑的分解材料進行處理及回用的問題。另外,溶劑添加法需要相對長的分解反應時間且難以相依於經受分解的樹脂的類型及組成而改變分解條件(例如,所應用的溶劑、時間、溫度等)。此外,有必要應用例如預處理、分解反應、洗滌、乾燥等製程的溶劑添加法具有製程複雜及加工時間長的缺點。
因此,最近對分解技術的研究及開發是有關於將減小能量消耗(其為熱分解的缺點)且使溶劑添加式分解的複雜製程及長分解時間最小化的經濟技術與甚至回收自除碳纖維以外的樹脂產生的分解材料的環境友好型技術相結合。
因此,本發明者自各種角度進行研究以解決上述問題,且因此,本發明者完成一種回收纖維製造方法,所述回收纖維製造方法防止回收纖維(例如,自纖維複合材料回用的碳纖維)的物理性質劣化,且同時對過熱蒸汽進行冷卻及冷凝,將所述過熱蒸汽轉化成水,回收所述過熱蒸汽,且然後藉由分離及純化來回收作為分解材料的樹脂。
因此,本發明的目的在於提供一種可獲得具有物理性質劣化被抑制的回收纖維的製造生態友好型回收纖維的方法。
為達成上述目的,一種回收纖維製造方法包括:向筒添加經預處理纖維複合材料;移動添加有經預處理纖維複合材料的筒;將筒暴露於過熱蒸汽及氧化劑;自經預處理纖維複合材料移除基質樹脂及炭以製造出回收纖維;移動包括回收纖維的筒且自筒收集回收纖維。
將所述筒暴露於過熱蒸汽及氧化劑可包括:首先將添加有經預處理纖維複合材料的筒暴露於過熱蒸汽,然後移動筒且將筒暴露於氧化劑。
本發明可更包括:在首先將添加有經預處理纖維複合材料的筒暴露於過熱蒸汽且然後將筒暴露於氧化劑之前,使用冷卻水將自經預處理纖維複合材料分解出的氣態基質樹脂冷凝成液體狀態且移除液體狀態的基質樹脂。
使用冷卻水將自經預處理纖維複合材料分解出的氣態基質樹脂冷凝成液體狀態且移除液體狀態的基質樹脂可包括:藉由
將筒暴露於過熱蒸汽而自筒逸出自經預處理纖維複合材料分解出的氣態基質樹脂,使氣態基質樹脂與筒中單獨存在的冷卻水反應且移除液體冷凝物。
所述氧化劑可包括空氣。
所述纖維複合材料可為與「碳纖維、玻璃纖維或其混合物」混合的基質樹脂。
所述基質樹脂可包括芳烴系化合物。
所述芳烴系化合物可包括酚化合物。
所述芳烴系化合物可包括雙酚A,且以芳烴系化合物的總量計,可以大於或等於30重量%的量包括雙酚A。
經預處理纖維複合材料可為被粉碎或被切割的纖維複合材料。
所述過熱蒸汽可具有介於400℃至900℃的溫度範圍。
可將添加有經預處理纖維複合材料的筒暴露於過熱蒸汽達30分鐘至120分鐘。
暴露於過熱蒸汽可包括:將過熱蒸汽噴射至添加有經預處理纖維複合材料的筒中,其中以10千克/小時至30千克/小時的流動速率將過熱蒸汽注入至筒中。
暴露於氧化劑可包括:將過熱蒸汽噴射至添加有經預處理纖維複合材料的筒中,且然後將氧化劑噴射至筒中,其中以大於或等於5升/分鐘的流動速率噴射氧化劑。
本發明可更包括:在向筒添加經預處理纖維複合材料之
後且在將筒暴露於過熱蒸汽之前,首先將筒暴露於氮氣。
本發明可更包括:在生產出回收纖維之後且在移動包括回收纖維的筒之前,首先將筒暴露於氮氣。
所述炭可存在於基質樹脂被移除的回收纖維的表面上。
在根據本發明的回收纖維製造方法中,藉由使用經預處理纖維複合材料,將經預處理纖維複合材料暴露於過熱蒸汽,當所述經預處理纖維複合材料暴露於過熱蒸汽時對過熱蒸汽的溫度、暴露時間、流動速率等進行控制,且此外除過熱蒸汽以外附加地添加具有單獨控制的流動速率的氧化劑(例如,空氣),所回用的回收纖維的物理性質劣化被最小化;且藉由使用筒方法而非輥方法,製程缺陷率顯著減小且製程簡單,此會顯著縮短製程時間;使用冷卻水而非外部空氣將作為分解產物中的一者的基質樹脂轉化成冷凝物,使得可容易地回收基質樹脂。此外,由於可快速地產生冷凝物,因此可大大減少能量使用,且相較於傳統的熱解方法(pyrolysis method)而言,可顯著地提高回收纖維製造製程的經濟可行性及生產率。
S100、S200、S300、S400、S500:步驟
圖1是依序示出根據本發明的回收纖維製造方法的流程圖。
在下文中,將更詳細地闡述本發明。
根據在下文中闡述的實施例,本揭露的優點及特徵及其達成方法將變得顯而易見。然而,所述實施例不應被解釋為僅限於本文中所陳述的實施例。除非另有定義,否則本文中所使用的所有用語(包括技術用語及科學用語)具有與此項技術中具有通常知識者通常所理解的含義相同的含義。除非明確定義,否則通常使用的詞典中所定義的用語可能不會被以理想的方式或誇大的方式進行解釋。
本發明中所使用的用語僅用於闡述特定的實施例且並非旨在對本發明進行限制。除非上下文另有清楚指示,否則單數表達亦包括複數表達。
在本發明中,例如「包括(include)」或「具有(have)」等用語旨在表示說明書中闡述的特徵、數目、步驟、操作、組件、部件或其組合的存在,但應理解,此並非預先排除一或多個其他特徵、數目、步驟、操作、組件、部件或其組合的存在或添加。
過熱蒸汽是指藉由將水蒸發且將水加熱至飽和溫度以上而製成的高溫乾蒸汽(dry steam),且為較經加熱空氣含有更多的熱量的加熱介質(heat medium)。過熱蒸汽在相同壓力下的熱傳遞率高且熱密度高,且因此所述過熱蒸汽可藉由快速加熱而縮短欲被加熱的物體的加熱時間。另外,過熱蒸汽是僅由水分子構成的氣態物質,且因此過熱蒸汽由於不存在氧氣而可維持惰性狀態且由於藉由複雜熱傳遞(對流、輻射及冷凝)進行熱傳遞而具有非常高
的熱效率。因此,使用過熱蒸汽對回收纖維(例如,碳纖維)進行回用的技術具有能夠藉由將過熱蒸汽直接噴射於分解物體上而更快速地移除樹脂的優點。
然而不可避免的是,回收纖維(例如,碳纖維)的物理性質將不可避免地發生劣化,且若回收纖維的物理性質嚴重劣化,則無法對所述回收纖維進行回收。另外,由於充分考慮到與回收纖維一起分解的樹脂自身可能成為環境污染問題,因此一直需要對使用過熱蒸汽的分解技術進行更先進的技術改進。
若傳統上使用藉由輥來移動纖維複合材料的方法,則在噴射過熱蒸汽的回收纖維製造方法中,纖維複合材料以筒的形式而非輥的形式移動,且使用冷卻水而非外部空氣使由於過熱蒸汽噴射而被分解的氣態基質樹脂冷凝,藉此顯著地提高回收纖維製造製程的生態友好性、經濟可行性及生產率(具體而言,在使用傳統的輥時,生態友好性問題(例如,精細粉塵散佈)一直是一個問題,但在使用筒時不會出現此種問題。另外,筒可藉由洗滌而重複使用,而輥則需要定期更換,此使得使用筒在環境友好性方面更具優勢)。此外,藉由對纖維複合材料進行預處理,將經預處理纖維複合材料暴露於過熱蒸汽,且對過熱蒸汽的溫度、暴露時間及流動速率進行控制,使回用的碳纖維等的物理性質的劣化最小化,藉此減少先前回用的碳纖維並製造出物理性質較現有回收纖維好得多的回收纖維。
參照圖1,根據本發明的回收纖維製造方法包括:向筒添
加經預處理纖維複合材料(S100);移動添加有經預處理纖維複合材料的筒(S200);將筒暴露於過熱蒸汽及氧化劑(S300);自經預處理纖維複合材料移除基質樹脂及炭以製造出回收纖維(S400);以及移動包括回收纖維的筒以收集回收纖維(S500)。
即,藉由過熱蒸汽將經預處理纖維複合材料分解成回收纖維及基質樹脂,藉由筒依序移動回收纖維且對所述回收纖維進行回用,且如稍後所述,藉由冷卻水將基質樹脂自氣態狀態改變成液體冷凝物且將基質樹脂移動至冷凝物罐,且然後可藉由分離製程及純化製程對基質樹脂進行回收。回用的回收纖維被切碎且被碾磨。
換言之,根據依照本發明的回收纖維製造方法,可藉由一系列連續的製程自纖維複合材料容易地獲得物理性質劣化被最小化的回收纖維及可回收的基質樹脂。
具體而言,將筒暴露於過熱蒸汽及氧化劑可包括:首先將添加有經預處理纖維複合材料的筒暴露於過熱蒸汽,然後移動筒,且將所述筒暴露於氧化劑。首先將筒暴露於過熱蒸汽相較於首先將所述筒暴露於氧化劑而言可更有利於移除基質樹脂及炭。
舉例而言,根據本發明的回收纖維製造方法可更包括:在首先將包括經預處理纖維複合材料的筒暴露於過熱蒸汽之後且在將所述筒暴露於氧化劑之前,使用冷卻水將自經預處理纖維複合材料分解的氣態基質樹脂冷凝成液體狀態且移除液體狀態的基質樹脂。藉由使用冷卻水而非外部空氣來冷凝自經預處理纖維複合
材料分解的基質樹脂,可更容易且更完全地移除基質樹脂。具體而言,藉由暴露於過熱蒸汽而自經預處理纖維複合材料分解的氣態狀態的基質樹脂自筒逸出,且和與筒分離的冷卻劑進行反應以變成呈液體狀態的冷凝物,且可將冷凝物移動至單獨的冷凝物罐且最終移除所述冷凝物。
可用於過熱蒸汽分解的纖維複合材料主要包括碳纖維複合材料(carbon fiber composite material,CFRP)及玻璃纖維複合材料(glass fiber composite material,GFRP),可用於分解而與材料的結構、形狀或類型無關,且在所述纖維複合材料中通常混合有補強材料(reinforcement material)與基質樹脂。用作補強材料的纖維材料可包括碳纖維、玻璃纖維等,且基質樹脂包括熱固性樹脂(例如,環氧樹脂、苯酚、不飽合聚酯、聚胺基甲酸酯、三聚氰胺、尿素等)以及熱塑性樹脂(例如,聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯及聚氯乙烯、聚醯胺、聚碳酸酯及聚醯亞胺)。通常使用的纖維複合材料是特定比率的以上列出的補強材料與基質樹脂的混合物,且補強材料與樹脂的比率可相依於應用而變化。
舉例而言,基質樹脂可包括芳烴系化合物,芳烴系化合物可包括酚化合物,且酚化合物可包括苯酚、鄰甲酚、對甲酚、對乙基苯酚、對異丙基苯酚、對異丙烯基苯酚、對羥基-2,2-二苯基丙烷、對羥基-3-甲基-2,2-二苯基丙烷、2-(4-羥基苯基)-2-(4'-甲氧基苯基)丙烷、雙酚A、2-(4-羥基-3-甲基苯基)-2-(4'-羥基苯基)丙烷、2-(苯並呋喃-5-基)-2-(對羥基苯基)丙烷或其組合,但不必僅限於此。
然而,芳烴系化合物(具體而言為酚化合物)可包括雙酚A。
舉例而言,以酚化合物的總量計,可在芳烴系化合物(具體而言為酚化合物)之中以最大的量(例如大於或等於30重量%、例如大於或等於50重量%)包括雙酚A。若包括以上述含量範圍包括雙酚A的芳烴系化合物(具體而言為酚化合物)的基質樹脂的組成如上所述,則將非常容易藉由分離、過濾及純化而單獨地回用所述基質樹脂及回收所述基質樹脂。
舉例而言,經預處理纖維複合材料可為被粉碎或被切割的纖維複合材料。就防止最終獲得的回收纖維的物理性質劣化而言,使用過熱蒸汽將分解中所使用的纖維複合材料粉碎並切割成用於所述製程的特定大小及形狀可為有利的。舉例而言,粉碎方法包括撕碎機(shredder)、切碎機(chopper)、碎磨機(cracker mill)、鎚磨機(hammer mill)等,且纖維複合材料可被粉碎成特定的大小範圍。然而,被粉碎的複合材料大小不均勻且會產生大量的粉塵及粉末,且因此防止回用碳纖維的品質及良率下降的效果可能會減半且工作環境可能會更糟糕。然而,在使用切割機製造纖維複合材料的情形中,由於如上所述產生的粉塵及粉末的量小進而會提高良率且可被切割成特定大小,因此回收纖維(例如,回用碳纖維)的纖維長度相對均勻,且可獲得品質劣化最小的回收纖維。換言之,在預處理中,就防止回收纖維的物理性質劣化而言,切割可能較粉碎更有利。
在將經預處理纖維複合材料引入筒中之後,所述筒自動移動並暴露於過熱蒸汽及氧化劑(具體而言,過熱蒸汽及氧化劑被依序噴射至自動移動的筒中)以引起分解。
舉例而言,根據依照本發明的回收纖維製造方法,纖維複合材料的分解速率非常優異。在本文中,分解速率意指根據以下方程式1的值。
[方程式1]分解速率(重量%)={(A-B)/(A×C)}×100
在方程式1中,A是分解之前的纖維複合材料的重量(克),B是分解之後的纖維複合材料的重量(克),且C是以分解之前的纖維複合材料的總量計的纖維複合材料中的基質樹脂含量(重量%)。
藉由使用過熱蒸汽產生器將過熱蒸汽噴射至其中噴射有經預處理纖維複合材料的筒中,其中可在例如400℃至900℃、例如400℃至800℃、例如500℃至900℃、或例如500℃至800℃下對過熱蒸汽進行加熱。若過熱蒸汽的溫度小於400℃,則分解速率可能會急劇劣化,但若過熱蒸汽的溫度大於900℃,則回用(所生產)的回收纖維的抗張強度可能會減小。
舉例而言,可將介於所述溫度範圍內的過熱蒸汽噴射至筒中達30分鐘至120分鐘(例如30分鐘至110分鐘、例如30分鐘至100分鐘、或者例如30分鐘至90分鐘)。若將介於所述溫度
範圍內的過熱蒸汽噴射至筒中達小於30分鐘,則分解速率可能會急劇劣化,但若將介於所述溫度範圍內的過熱蒸汽噴射至筒中達大於120分鐘,則由於分解速率的增大及抗張強度的減小可能並不顯著,因此將經預處理纖維複合材料暴露於介於所述溫度範圍內的過熱蒸汽達大於120分鐘可能不經濟。
舉例而言,將介於所述溫度範圍內的過熱蒸汽在所述時間範圍內以10千克/小時至30千克/小時(例如10千克/小時至25千克/小時或者例如10千克/小時至20千克/小時)的流動速率噴射至筒中。若過熱蒸汽流動速率小於10千克/小時或大於30千克/小時,則回收纖維的抗張強度可能會減小。
在補強材料(碳纖維及/或玻璃纖維)的表面上可能保留有由因纖維複合材料暴露於過熱蒸汽而自纖維複合材料分解的基質樹脂引起的痕量的碳組成的炭。炭以纖維複合材料中所包括的樹脂的約5重量%至10重量%的比率出現,且補強材料由於炭而可能不會被單獨分離出來而是以成塊的形式被製造出來。需要移除可撓性低且在後續製程中充當雜質的含炭補強材料。作為含碳材料的炭可能難以藉由在惰性氣氛下單獨使用過熱蒸汽而被移除但可藉由添加氧化劑而被移除。在本文中,氧化劑可為活性氣體,例如空氣、氧氣或類似氣體。
具體而言,在含炭補強材料容納於筒中時移動所述含炭補強材料,且然後將空氣自動噴射至容納有含炭補強材料的筒中。藉由此連續製程(即,藉由添加附加的空氣),可移除炭。在本文
中,為移除炭,需要處於高溫的熱量及處於恰當流動速率的空氣,其中若溫度或空氣流動速率低,則可能無法移除炭,但若溫度或空氣流動速率過高,則可能無法完全移除炭,但補強材料可能會被損壞,進而導致性質劣化。因此,由於恰當的溫度、時間及空氣流動速率至關重要,因此為移除炭,可將溫度控制於400℃至900℃的範圍內,可將時間控制於10分鐘至90分鐘的範圍內,且可將空氣流動速率控制於5升/分鐘或大於5升/分鐘的範圍內,且具體而言,可將溫度控制於500℃至800℃的範圍內,將時間控制於30分鐘至60分鐘的範圍內,且將空氣流動速率控制於5升/分鐘的範圍內。具體而言,即使對所噴射空氣的溫度範圍及時間範圍進行控制,若空氣流動速率小於5升/分鐘,則提高分解速率的效果亦可能最小。
若不移除炭,則由於炭可能充當雜質且因此會使分解速率劣化,因此應移除炭,但若如前述般藉由注入空氣來移除炭,則分解速率可能會增大,但存在抗張強度保留率(retention rate)及彈性保留率可能稍微減小的問題。為解決此問題,在根據本發明的回收纖維製造方法中,對噴射空氣流動速率進行控制。
此外,根據本發明的回收纖維製造方法可更包括在向筒添加經預處理纖維複合材料之後且在將筒暴露於過熱蒸汽之前,或者在生產出回收纖維之後但在移動包括回收纖維的筒之前,將筒暴露於氮氣。在本文中,根據本發明的回收纖維製造方法可更有利於防止回用的回收纖維的抗張強度保留率及彈性保留率出現減
小現象。
藉由此種方式,在將炭被移除的補強材料容納於收集有所述補強材料(回收纖維)的筒中的同時,自動地移動所述補強材料,進而獲得回收纖維。藉由最終對分解速率及良率進行計算而關於重量且亦關於性質對此回用的回收纖維進行檢查。
以單纖維法(美國材料試驗學會(American Society for Testing and Materials,ASTM)C1557-03)關於抗張強度對回收纖維(補強材料)進行量測。單纖維法是自補強材料分離出25毫米或大於25毫米的一根繩股,且藉由使用萬能試驗機(universal testing machine,UTM)在1厘牛/特克斯(cN/tex)的初始載荷下以25毫米的抓持間距(grip spacing)在1毫米/分鐘下對抗張強度進行量測達30次或大於30次,以計算出抗張強度的平均值。
根據本發明的回收纖維製造方法,由於i)纖維複合材料在使用之前被預處理;ii)與傳統的輥製程不同,採用筒推動法的一系列自動製程;iii)與使用外部空氣的傳統製程不同,藉由使用冷卻水將氣態基質樹脂冷凝成液體狀態,且然後移除液體狀態的基質樹脂;iv)在暴露於過熱蒸汽此一部分中關於溫度、時間及流動速率對過熱蒸汽進行控制;且另外v)在移除樹脂此一部分中關於溫度、時間及流動速率對空氣進行控制,因此相較於傳統的回收纖維回用方法而言,使得不僅可回用性質劣化被最小化的回收纖維,且同時亦可容易地以冷凝物的形式獲得基質樹脂,此為環境友好的且展現出非常優異的可加工性,且本發明的此方法是經濟的。
在下文中,呈現較佳實施例以幫助理解本發明。然而,以下實例對本發明僅為例示性的,且熟習此項技術者清楚的是,在本發明的範圍及精神內,各種改變及潤飾均為可能的,且此種改變及潤飾自然落入所附申請專利範圍的範圍內。
實驗例
1.過熱蒸汽溫度的影響
將130克的氫氣罐切割產物(50毫米×100毫米)放置於筒推動型自動回收纖維製造裝置的入口中的筒中,且然後移動所述筒以使所述筒暴露於過熱蒸汽。在本文中,關於分解速率及性質對最終回用的碳纖維進行評估,同時藉由如表1中所示般改變過熱蒸汽的排放溫度而將過熱蒸汽噴射至所述筒中,且結果如表1中所示。在噴射過熱蒸汽之後,再次移動筒且藉由噴射空氣而將筒暴露於空氣,其中空氣的流動速率被控制成5升/分鐘。在噴射過熱蒸汽之後且在噴射空氣之前,使用冷卻水對自其中噴射有過熱蒸汽的筒中的氫氣罐切割產物分解的基質樹脂進行冷凝且移除所述基質樹脂。在噴射空氣之後,移動所述筒以自所述筒回用碳纖維。
2.過熱蒸汽流動速率的影響
除如表2中所示般改變過熱蒸汽流動速率來替代20千克/小時以外,在與實驗例1相同的條件下實行實驗例2,且結果如表2中所示。
參照表2,若將過熱蒸汽流動速率控制於10千克/小時至30千克/小時的範圍內,則證明回用的回收纖維具有優異的分解速率及抗張強度。
3.相依於暴露於過熱蒸汽的時間的影響
除如表3中所示般改變過熱蒸汽暴露時間來替代90分鐘以外,在與實驗例1相同的條件下實行實驗例3,且結果如表3中所示。
參照表3,若將過熱蒸汽暴露時間控制於30分鐘至120分鐘的範圍內,則證明回用的回收纖維具有優異的分解速率及抗張強度。
4.空氣流動速率的影響
除如表4中所示般改變空氣流動速率來替代5升/分鐘以外,在與實驗例1相同的條件下實行實驗例4,且結果如表4中所示。
參照表4,若對空氣入口部分的空氣流動速率以及過熱蒸汽暴露部分的過熱蒸汽的溫度、時間及流動速率進行控制,則證明回用的回收纖維具有優異的分解速率及抗張強度。
儘管以上已詳細闡述了本發明的較佳實施例,但本發明的範圍並非僅限於此,且熟習此項技術者使用如以下申請專利範圍中所定義的本發明的基本概念作出的各種潤飾及改進亦落入本
發明的範圍內。
S100、S200、S300、S400、S500:步驟
Claims (5)
- 一種製造回收纖維的方法,包括:向筒添加經預處理纖維複合材料;移動添加有所述經預處理纖維複合材料的所述筒;將添加有所述經預處理纖維複合材料的所述筒暴露於過熱蒸汽達30分鐘至120分鐘,所述過熱蒸汽具有介於400℃至900℃的溫度範圍;使用冷卻水將自所述經預處理纖維複合材料分解出的氣態基質樹脂冷凝成液體狀態且移除所述液體狀態的所述基質樹脂;移動所述筒且將所述筒暴露於氧化劑;自所述經預處理纖維複合材料移除炭以製造出回收纖維;以及移動包括所述回收纖維的所述筒且自所述筒收集所述回收纖維,其中所述暴露於所述過熱蒸汽包括:將所述過熱蒸汽噴射至添加有所述經預處理纖維複合材料的所述筒中,其中以10千克/小時至30千克/小時的流動速率將所述過熱蒸汽注入至所述筒中,其中所述暴露於所述氧化劑包括:將所述氧化劑噴射至所述筒中,其中以大於或等於5升/分鐘的流動速率噴射所述氧化劑,其中所述氧化劑包括空氣,所述空氣的溫度控制於400℃至900℃的範圍內,噴射所述空氣的時間控制於10分鐘至90分鐘的範圍內,其中所述纖維複合材料包括與「碳纖維、玻璃纖維或其混合物」,其中所述經預處理纖維複合材料是被切割的纖維複合材料,其中所述基質樹脂包括芳烴系化合物,所述芳烴系化合物包括酚化合物,所述酚化合物包括雙酚A,且以所述芳烴系化合物的總量計,以大於或等於30重量%的量包括所述雙酚A。
- 如請求項1所述的方法,其中使用所述冷卻水將自所述經預處理纖維複合材料分解出的所述氣態基質樹脂冷凝成所述液體狀態且移除所述液體狀態的所述基質樹脂包括:藉由將所述筒暴露於所述過熱蒸汽而自所述筒逸出自所述經預處理纖維複合材料分解出的所述氣態基質樹脂,使所述氣態基質樹脂與所述筒中單獨存在的所述冷卻水反應且移除液體冷凝物。
- 如請求項1所述的方法,其中所述方法更包括:在向所述筒添加所述經預處理纖維複合材料之後且在將所述筒暴露於所述過熱蒸汽之前,首先將所述筒暴露於氮氣。
- 如請求項1所述的方法,其中所述方法更包括:在生產出所述回收纖維之後且在移動包括所述回收纖維的所述筒之前,首先將所述筒暴露於氮氣。
- 如請求項1所述的方法,其中所述炭存在於所述基質樹脂被移除的所述回收纖維的表面上。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2023-0065165 | 2023-05-19 | ||
| KR1020230065165A KR20240167300A (ko) | 2023-05-19 | 2023-05-19 | 재생섬유 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202446865A TW202446865A (zh) | 2024-12-01 |
| TWI893811B true TWI893811B (zh) | 2025-08-11 |
Family
ID=93589599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW113118346A TWI893811B (zh) | 2023-05-19 | 2024-05-17 | 回收纖維製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4644077A1 (zh) |
| KR (1) | KR20240167300A (zh) |
| CN (1) | CN120569280A (zh) |
| TW (1) | TWI893811B (zh) |
| WO (1) | WO2024242365A1 (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201900747A (zh) * | 2017-05-17 | 2019-01-01 | 日商新菱股份有限公司 | 再生碳纖維束、再生碳纖維、磨碎再生碳纖維的製造方法 和再生碳纖維束的製造裝置、碳纖維強化樹脂及碳纖維強化樹脂顆粒的製造方法以及再生碳纖維束 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5941747B2 (ja) * | 2012-05-11 | 2016-06-29 | カーボンファイバーリサイクル工業株式会社 | 再生炭素繊維の製造方法及び再生炭素繊維の製造装置 |
| JP2017082036A (ja) * | 2015-10-23 | 2017-05-18 | カーボンファイバーリサイクル工業株式会社 | 再生炭素繊維の製造装置および製造方法 |
| CN114990733A (zh) * | 2022-04-17 | 2022-09-02 | 板津秀人 | 再生碳纤维的制造装置和再生碳纤维的制造方法 |
-
2023
- 2023-05-19 KR KR1020230065165A patent/KR20240167300A/ko active Pending
-
2024
- 2024-05-03 WO PCT/KR2024/006037 patent/WO2024242365A1/ko active Pending
- 2024-05-03 EP EP24811304.5A patent/EP4644077A1/en active Pending
- 2024-05-03 CN CN202480010290.XA patent/CN120569280A/zh active Pending
- 2024-05-17 TW TW113118346A patent/TWI893811B/zh active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201900747A (zh) * | 2017-05-17 | 2019-01-01 | 日商新菱股份有限公司 | 再生碳纖維束、再生碳纖維、磨碎再生碳纖維的製造方法 和再生碳纖維束的製造裝置、碳纖維強化樹脂及碳纖維強化樹脂顆粒的製造方法以及再生碳纖維束 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024242365A1 (ko) | 2024-11-28 |
| EP4644077A1 (en) | 2025-11-05 |
| KR20240167300A (ko) | 2024-11-26 |
| TW202446865A (zh) | 2024-12-01 |
| CN120569280A (zh) | 2025-08-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Karuppannan Gopalraj et al. | A review on the recycling of waste carbon fibre/glass fibre-reinforced composites: Fibre recovery, properties and life-cycle analysis | |
| Ateeq | A state of art review on recycling and remanufacturing of the carbon fiber from carbon fiber polymer composite | |
| Piñero-Hernanz et al. | Chemical recycling of carbon fibre reinforced composites in nearcritical and supercritical water | |
| JP7264958B2 (ja) | 炭素繊維系材料の再利用 | |
| Morin et al. | Near-and supercritical solvolysis of carbon fibre reinforced polymers (CFRPs) for recycling carbon fibers as a valuable resource: State of the art | |
| Kim et al. | Recovery of carbon fibers from carbon fiber-reinforced epoxy-isophorone diamine composites via step thermolysis | |
| CN1197694C (zh) | 阻燃性树脂组合物的处理方法 | |
| WO2000012599A9 (fr) | Procede de traitement de resine ou de compose organique ou de dechets de plastique les contenant | |
| JPH0733904A (ja) | 炭素繊維強化プラスチックの処理方法および再生炭素繊維の製造方法 | |
| CN107216480A (zh) | 一种低温微波高效处理碳纤维复合材料回收碳纤维的方法 | |
| WO2003089212A1 (en) | Method and apparatus for recovering carbon and/or glass fibers from a composite material | |
| US11964314B2 (en) | Powders comprising solid waste materials | |
| JP2005307121A (ja) | 再生炭素繊維及びその回収方法 | |
| CN101805627A (zh) | 废塑料的再利用方法和成型方法 | |
| CN107556785A (zh) | 一种橡胶补强用再生补强炭黑的制备方法 | |
| Abdullah | Remanufactured waste tire by-product valorization: Quantitative–qualitative sustainability-based assessment | |
| Xu et al. | Recovering high-quality glass fibers from end-of-life wind turbine blades through swelling-assisted low-temperature pyrolysis | |
| CN108997609A (zh) | 一种玻璃钢产品生产过程中产生的废旧材料的回收方法 | |
| TWI893811B (zh) | 回收纖維製造方法 | |
| JPH11290822A (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
| Sharma et al. | Advances in carbon and glass fiber recycling: optimal composite recycling and sustainable solutions for composite waste | |
| Chohan et al. | Carbon Fiber‐Reinforced Polymer Sustainability—A New Outlook on Recycling Methods and Strategic Decision‐Making for the Recovery of Fiber, Matrix, and Composite | |
| JP2026503729A (ja) | 再生繊維製造方法 | |
| JP7599680B2 (ja) | 炭素繊維強化樹脂からの炭素繊維の回収方法 | |
| Feng et al. | Wind Turbine Blades in Wind Power Generation: Manufacturing, Recovery and Reuse |