CN106915007A - 连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法，包括以下步骤：将连续纤维增强热塑性复合材料废料依次经过切割、洗涤、干燥、粉碎、铺放碾平，在铺放碾平的粉碎料上放置连续纤维增强树脂预浸料或纤维增强织物，然后依次经过加热辊压、冷却、卷曲、切割，获得卷材或片材。本发明还公开了一种利用所述连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法所获得产品的用途。本发明的方法中所使用的原料及设备，包括对预浸料及成型方法的选择，可以做到设备简单、价格低廉、工艺要求不高，达到低能耗高效率。本发明的方法所制备的产品，可制作为片材、卷材，制作完成后，可以制作实心板、夹芯板；使用方式多种，可回收再次利用。

Description

连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法及其应用
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法及其应用。
背景技术
随着复合材料的发展，复合材料凭借其比强度、比刚度高、密度轻的特性得到广泛的应用，当前复合材料发展的趋势之一是用热塑性复合材料代替传统的热固性环氧复合材料。原因是因为热塑性复合材料可以通过简单加热、熔化及冷却成型，可以像金属一样进行焊接，因此，热塑性复合材料的发展会对今后的市场产生很大的影响。传统的塑料回收方法，将复合材料打碎，将长纤变为短纤后进行从新造粒，极大的破坏了纤维，从新造粒后的性能下降很多，损伤了复合材料原有的特性。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种简单便捷的连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法，与其他处理方法相比，可以最大程度上保持原料的特性，减少性能损伤。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法，包括以下步骤：
将连续纤维增强热塑性复合材料废料依次经过切割、洗涤、干燥、粉碎、铺放碾平，在铺放碾平的粉碎料上放置连续纤维增强树脂预浸料或纤维增强织物，然后依次经过加热辊压、冷却、卷曲、切割，获得卷材或片材。
所述连续纤维增强热塑性复合材料废料为连续纤维增强均聚聚丙烯废料、连续纤维增强共聚聚丙烯废料、连续纤维增强聚酰胺66废料、连续纤维增强聚酰胺1010废料、连续纤维增强聚酰胺1212废料中的至少一种。
所述连续纤维增强热塑性复合材料废料与连续纤维增强树脂预浸料或纤维增强织物的重量比为2:1。
所述连续纤维增强树脂预浸料由以下重量份的组分制成：
连续纤维 45～50份；
热塑性树脂 50～55份。
所述连续纤维选自无机连续纤维、有机连续纤维或金属连续纤维中的至少一种。
所述无机连续纤维选自玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或玄武岩纤维中的至少一种。
所述有机连续纤维选自芳香族聚酰胺纤维或超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种。
所述金属连续纤维为不锈钢纤维。
所述热塑性树脂选自聚烯烃、聚酰胺中的至少一种。
所述聚烯烃为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种。
所述聚酰胺为聚酰胺66、聚酰胺1010、聚酰胺1212等中的至少一种。
所述纤维增强织物为玻璃纤维增强织物、碳纤维增强织物、玄武岩纤维增强织物中的至少一种，优选为玻璃纤维增强织物。
所述切割的规格应小于200×200mm。
所述干燥的温度为100-200℃，时间为1-10min。
所述粉碎的纤维长度不小于15mm。
所述铺放的克重不应大于1800g/㎡。
所述加热的温度为100-200℃。
所述辊压的压力为1-3MPa。
一种利用连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法所获得产品的用途，包括以下步骤：
利用连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法所获的产品铺好，热压后冷压获得实心板材；
或，利用连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法所获的产品铺好，上面放置单面浸胶无纺布，单面浸胶无纺布浸胶的一面与利用连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法所获的产品的一面接触，单面浸胶无纺布无胶的一面涂敷胶粘剂，然后在上面放置蜂窝板材，蜂窝板材上面再铺放单面浸胶无纺布，单面浸胶无纺布无胶的一面涂敷胶粘剂与蜂窝板材接触，单面浸胶无纺布浸胶的一面上面再铺放利用连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法所获的产品，最后进行热压、冷压，获得蜂窝夹芯板材；
或，利用连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法所获的产品铺好，在纤维增强织物的面上涂敷胶粘剂，然后铺放聚氨酯发泡板，层压后固化，获得聚氨酯夹芯板材。
所述热压的压力为1-3MPa，时间为1-30min，温度为120-230℃。
所述冷压的时间为1-30min。
所述胶粘剂为酚醛树脂、环氧树脂胶中的至少一种。
所述层压的压力为1-3MPa。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和有益效果：
1、本发明的方法中所使用的原料及设备，包括对预浸料及成型方法的选择，可以做到设备简单、价格低廉、工艺要求不高，达到低能耗高效率。
2、本发明的方法所制备的产品，将连续纤维制品制成连续纤维与长纤混合制品，性能降低小，且其中含有回收料，在经济上以及环境上都有可观的效益。
3、本发明的方法所制备的产品，可制作为片材、卷材，制作完成后，可以制作实心板、夹芯板；使用方式多种，且可回收再次利用，属绿色产品技术。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
在通过以下实施例对本发明的目的予以阐明、解释的情形下，实施例中的组分均以重量份为通用标准予以释明。在无特别说明的情况下，为简明起见，本发明实施例中所述的“份”与重量份具有相同的意义。
实施例1
连续纤维增强聚丙烯材料回收
首先，将连续纤维增强均聚聚丙烯废料进行切割处理，连续纤维为连续玻璃纤维，切割成为长×宽为150×150mm的材料，进行洗涤、干燥处理，干燥的条件为温度为120℃，干燥时间为3min，洗涤可为工业盥洗池或者清洗设备，干燥可用工业干燥箱或者鼓风干燥箱设备，保持材料的干燥。将干燥后的物料进行粉碎，依照所做卷材的厚度按照不同的重量进行铺放粉碎料，将粉碎料按照1200g/㎡的克重进行铺放碾平，将连续纤维增强聚丙烯预浸料通过牵引和多个辊压进行扯直梳理，在粉碎料上放置一层扯直的连续纤维增强聚丙烯树脂预浸料，连续纤维增强聚丙烯树脂预浸料包括连续玻璃纤维50份；热塑性树脂均聚聚丙烯50份。连续纤维增强均聚聚丙烯废料与连续纤维增强聚丙烯树脂预浸料的重量比为2:1，开动牵引装置，启动速度为0.8m/min，对连续纤维增强聚丙烯预浸料进行加热，开动红外烘箱，烘箱温度设置为140℃，当粉碎料和连续纤维增强聚丙烯预浸料通过加热后，通过多个金属辊进行辊压，将其压平，多个金属辊的压力应逐渐降低，最高辊压为3MPa，最低为1MPa，以保证其制品的平整性。金属辊中通入冷却水进行冷却，或进行油冷、常温冷却，当材料冷却至50℃以下时，进行卷取或进行切割。将卷曲切割后的卷材铺好，铺至厚度为3mm，在温度为180℃，压力为2MPa的条件下进行热压，热压时间为10min，然后再进行冷压，冷压时间为10min，获得实心板材。
实施例2
连续纤维增强聚丙烯材料回收
首先，将连续纤维增强共聚聚丙烯废料进行切割处理，连续纤维为连续玻璃纤维，切割成为长×宽为180×180mm的材料，进行洗涤、干燥处理，干燥的条件为温度为120℃，干燥时间为3min，洗涤可为工业盥洗池或者清洗设备，干燥可用工业干燥箱或者鼓风干燥箱设备，保持材料的干燥。将干燥后的物料进行粉碎，依照所做卷材的厚度按照不同的重量进行铺放粉碎料，将粉碎料按照1200g/㎡的克重进行铺放碾平，在粉碎料上放置一层玻璃纤维增强织物，连续纤维增强共聚聚丙烯废料与玻璃纤维增强织物的重量比为2:1。开动牵引装置，启动速度为0.8m/min，进行加热，开动红外烘箱，烘箱温度设置为140℃，当粉碎料和玻璃纤维增强织物通过加热后，通过多个金属辊进行辊压，将其压平，多个金属辊的压力逐渐降低，最高辊压为3MPa，最低为1MPa，以保证其制品的平整性。金属辊中通入冷却水进行冷却，或进行油冷、常温冷却，当材料冷却至50℃以下时，进行卷取或进行切割。将卷曲切割后的卷材铺好，铺至厚度为3mm，在温度为180℃，压力为2MPa的条件下进行热压，热压时间为10min，然后再进行冷压，冷压时间为10min，获得实心板材。
实施例3
连续纤维增强聚丙烯材料回收
首先，将连续纤维增强共聚聚丙烯废料进行切割处理，连续纤维为连续玻璃纤维，切割成为长×宽为150×150mm的材料，进行洗涤、干燥处理，干燥的条件为温度为120℃，干燥时间为3min，洗涤可为工业盥洗池或者清洗设备，干燥可用工业干燥箱或者鼓风干燥箱设备，保持材料的干燥。将干燥后的物料进行粉碎，依照所做卷材的厚度按照不同的重量进行铺放粉碎料，将粉碎料按照1600g/㎡的克重进行铺放碾平，将连续纤维增强聚丙烯预浸料通过牵引和多个辊压进行扯直梳理，在粉碎料上放置一层扯直的连续纤维增强聚丙烯预浸料，连续纤维增强聚丙烯预浸料包括连续玻璃纤维50份；热塑性树脂共聚聚丙烯50份。连续纤维增强共聚聚丙烯废料与连续纤维增强聚丙烯预浸料的重量比为2:1。开动牵引装置，启动速度为0.8m/min，进行加热，开动红外烘箱，烘箱温度设置为140℃，当粉碎料和连续纤维增强聚丙烯预浸料通过加热后，通过多个金属辊进行辊压，将其压平，多个金属辊的压力逐渐降低，最高辊压为3MPa，最低为1MPa，以保证其制品的平整性。金属辊中通入冷却水进行冷却，或进行油冷、常温冷却，当材料冷却至50℃以下时，进行卷取或进行切割。将卷曲切割后的卷材铺好，铺至厚度为3mm，在温度为180℃，压力为2MPa的条件下进行热压，热压时间为10min，然后再进行冷压，冷压时间为10min，获得实心板材。
实施例4
连续纤维增强聚酰胺材料回收
首先，将连续纤维增强聚酰胺66废料进行切割处理，连续纤维为连续玄武岩纤维，切割成为长×宽为150×150mm的材料，进行洗涤、干燥处理，干燥的条件为温度为150℃，干燥时间为2min，洗涤可为工业盥洗池或者清洗设备，干燥可用工业干燥箱或者鼓风干燥箱设备，保持材料的干燥。将干燥后的物料进行粉碎，依照所做卷材的厚度按照不同的重量进行铺放粉碎料，将粉碎料按照1200g/㎡的克重进行铺放碾平，将连续纤维增强聚酰胺预浸料通过牵引和多个辊压进行扯直梳理，在粉碎料上放置一层扯直的连续纤维增强聚酰胺预浸料，连续纤维增强聚酰胺预浸料包括连续玄武岩纤维50份；50份热塑性树脂聚酰胺66。连续纤维增强聚酰胺66废料与连续纤维增强聚酰胺预浸料的重量比为2:1，开动牵引装置，启动速度为0.8m/min，进行加热，开动红外烘箱，烘箱温度设置为190℃，当粉碎料和连续纤维增强聚酰胺预浸料通过加热后，通过多个金属辊进行辊压，将其压平，多个金属辊的压力逐渐降低，最高辊压为3MPa，最低为1MPa，以保证其制品的平整性。金属辊中通入冷却水进行冷却，或进行油冷、常温冷却，当材料冷却至50℃以下时，进行卷取或进行切割。将卷曲切割后的卷材铺好，铺至厚度为3mm，在温度为230℃，压力为2MPa的条件下进行热压，热压时间为10min，然后再进行冷压，冷压时间为10min，获得实心板材。实施例1～4获得的实心板材的性能测试结果如表1所示。
表1
性能 测试方法 单位 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
弯曲性能 GB/T 9341-2000 MPa 210 180 230 250
弯曲模量 GB/T 9341-2000 GPa 10 8 11 13
拉伸断裂强度 GB/T 1040-2006 MPa 213 179 226 254
冲击强度 JG 149-2003 145 134 151 118
从表1中可以看出，实施例1中使用预浸料比实施例2中使用玻璃纤维增强织物的性能高，碎料的克重大的性能要比克重小的性能高，不同基体的强度也不同，由此可见，可以依据其性能和实际应用环境来体现经济利益的最大效益。
实施例5
连续纤维增强聚丙烯材料回收
首先，将连续纤维增强共聚聚丙烯废料进行切割处理，连续纤维为连续玻璃纤维，切割成为长×宽为150×150mm的材料，进行洗涤、干燥处理，干燥的条件为温度为120℃，干燥时间为3min，洗涤可为工业盥洗池或者清洗设备，干燥可用工业干燥箱或者鼓风干燥箱设备，保持材料的干燥。将干燥后的物料进行粉碎，依照所做卷材的厚度按照不同的重量进行铺放粉碎料，将粉碎料按照1200g/㎡的克重进行铺放碾平，将连续纤维增强聚丙烯预浸料通过牵引和多个辊压进行扯直梳理，在粉碎料上放置一层扯直的连续纤维增强聚丙烯预浸料，连续纤维增强聚丙烯预浸料包括连续玻璃纤维45份；热塑性树脂共聚聚丙烯55份。连续纤维增强共聚聚丙烯废料与连续纤维增强聚丙烯预浸料的重量比为2:1，开动牵引装置，启动速度为0.8m/min，进行加热，开动红外烘箱，烘箱温度设置为140℃，当粉碎料和连续纤维增强聚丙烯预浸料通过加热后，通过多个金属辊进行辊压，将其压平，多个金属辊的压力逐渐降低，最高辊压为3MPa，最低为1MPa，以保证其制品的平整性。金属辊中通入冷却水进行冷却，或进行油冷、常温冷却，当材料冷却至50℃以下时，进行卷取或进行切割。
将卷曲切割后的卷材铺好，上面放置单面浸胶无纺布，单面浸胶无纺布浸胶的一面与卷材的一面接触，单面浸胶无纺布无胶的一面涂敷胶粘剂酚醛树脂，然后在上面放置厚度为18mm的PET蜂窝板材，PET蜂窝板材上面再铺放单面浸胶无纺布，单面浸胶无纺布无胶的一面涂敷胶粘剂酚醛树脂与PET蜂窝板材接触，单面浸胶无纺布浸胶的一面上面再铺放卷材，即从上往下依次铺放的是卷材、单面浸胶无纺布、PET蜂窝板材、单面浸胶无纺布、卷材；在温度为120℃，压力为2MPa的条件下进行热压，热压时间为10min，然后再进行冷压，冷压时间为10min，获得蜂窝夹芯板材。
实施例6
连续纤维增强聚丙烯材料回收
首先，将连续纤维增强共聚聚丙烯废料进行切割处理，连续纤维为连续玻璃纤维，切割成为长×宽为180×180mm的材料，进行洗涤、干燥处理，干燥的条件为温度为120℃，干燥时间为3min，洗涤可为工业盥洗池或者清洗设备，干燥可用工业干燥箱或者鼓风干燥箱设备，保持材料的干燥。将干燥后的物料进行粉碎，依照所做卷材的厚度按照不同的重量进行铺放粉碎料，将粉碎料按照1200g/㎡的克重进行铺放碾平，在粉碎料上放置一层玻璃纤维增强织物，连续纤维增强共聚聚丙烯废料与玻璃纤维增强织物的重量比为2:1。开动牵引装置，启动速度为0.8m/min，进行加热，开动红外烘箱，烘箱温度设置为140℃，当粉碎料和玻璃纤维增强织物通过加热后，通过多个金属辊进行辊压，将其压平，多个金属辊的压力逐渐降低，最高辊压为3MPa，最低为1MPa，以保证其制品的平整性。金属辊中通入冷却水进行冷却，或进行油冷、常温冷却，当材料冷却至50℃以下时，进行卷取或进行切割。
将卷曲切割后的卷材铺好，铺至厚度为3mm，在温度为180℃，压力为2MPa的条件下进行热压，热压时间为10min，然后再进行冷压，冷压时间为10min，获得实心板材。
将卷曲切割后的卷材铺好，在卷材玻纤布的面层上涂抹一层环氧树脂胶，使涂胶层与聚氨酯发泡板进行粘接，后施加2MPa的压力进行压制，待其固化完成获得聚氨酯夹芯板材。
实施例5与实施例6中，将不同类型的废料按照不同的工艺进行改良，从而达到其原本复合材料高性能作为补强材料的本质，减少了浪费。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法，其特征在于：包括以下步骤：
将连续纤维增强热塑性复合材料废料依次经过切割、洗涤、干燥、粉碎、铺放碾平，在铺放碾平的粉碎料上放置连续纤维增强树脂预浸料或纤维增强织物，然后依次经过加热辊压、冷却、卷曲、切割，获得卷材或片材。
2.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法，其特征在于：所述连续纤维增强热塑性复合材料废料为连续纤维增强均聚聚丙烯废料、连续纤维增强共聚聚丙烯废料、连续纤维增强聚酰胺66废料、连续纤维增强聚酰胺1010废料、连续纤维增强聚酰胺1212废料中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法，其特征在于：所述连续纤维增强热塑性复合材料废料与连续纤维增强树脂预浸料或纤维增强织物的重量比为2:1。
4.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法，其特征在于：所述连续纤维增强树脂预浸料由以下重量份的组分制成：
连续纤维 45～50份；
热塑性树脂 50～55份。
5.根据权利要求4所述的连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法，其特征在于：所述连续纤维选自无机连续纤维、有机连续纤维或金属连续纤维中的至少一种；
优选的，所述热塑性树脂选自聚烯烃、聚酰胺中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法，其特征在于：所述无机连续纤维选自玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或玄武岩纤维中的至少一种；
优选的，所述有机连续纤维选自芳香族聚酰胺纤维或超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种；
优选的，所述金属连续纤维为不锈钢纤维；
优选的，所述聚烯烃为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种；
优选的，所述聚酰胺为聚酰胺66、聚酰胺1010、聚酰胺1212中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法，其特征在于：所述纤维增强织物为玻璃纤维增强织物、碳纤维增强织物、玄武岩纤维增强织物中的至少一种，优选为玻璃纤维增强织物；
优选的，所述切割的规格小于200×200mm；
优选的，所述干燥的温度为100-200℃，时间为1-10min。
8.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法，其特征在于：所述粉碎的纤维长度不小于15mm；
优选的，所述铺放的克重不大于1800g/㎡；
优选的，所述加热的温度为100-200℃；
优选的，所述辊压的压力为1-3MPa。
9.一种利用权利要求1至8任一所述的连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法所获得产品的用途，其特征在于：包括以下步骤：
利用连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法所获的产品铺好，热压后冷压获得实心板材；
或，
利用连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法所获的产品铺好，上面放置单面浸胶无纺布，单面浸胶无纺布浸胶的一面与利用连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法所获的产品的一面接触，单面浸胶无纺布无胶的一面涂敷胶粘剂，然后在上面放置蜂窝板材，蜂窝板材上面再铺放单面浸胶无纺布，单面浸胶无纺布无胶的一面涂敷胶粘剂与蜂窝板材接触，单面浸胶无纺布浸胶的一面上面再铺放利用连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法所获的产品，最后进行热压、冷压，获得蜂窝夹芯板材；
或，
利用连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法所获的产品铺好，在纤维增强织物的面上涂敷胶粘剂，然后铺放聚氨酯发泡板，层压后固化，获得聚氨酯夹芯板材。
10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于：所述热压的压力为1-3MPa，时间为1-30min，温度为120-230℃；
优选的，所述冷压的时间为1-30min；
优选的，所述胶粘剂为酚醛树脂、环氧树脂胶中的至少一种；
优选的，所述层压的压力为1-3MPa。
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