JP2019127040A - リサイクル炭素繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】廃ＣＦＲＰ製品やＣＦＲＰ製品製造時に発生する切屑等から、製造工程間の搬送を自動で行いＣＦＲＰ中の炭素繊維を回収しリサイクルする方法の提供。【解決手段】以下の（ａ）〜（ｇ）各工程間の搬送の自動化を特徴とする、ＣＦＲＰからリサイクル炭素繊維を得る方法。（ａ）ＣＦＲＰ廃材を破砕し所定の繊維長を有する破砕片を作製する破砕処理工程（ｂ）前記破砕片をホッパーに送り貯蔵する搬送貯蔵工程（ｃ）前記破砕片を前記ホッパーから除粉装置に定量供給し前記破砕片に含まれる粉体を除去し、除粉片を生成する除粉処理工程（ｄ）前記除粉片を熱分解炉に定量供給しながら加熱し、前記除粉片に含まれるマトリックス樹脂成分を除去して熱分解体を得る熱分解処理工程（ｅ）前記熱分解体を冷却しながら次工程に送る冷却搬送工程（ｆ）前記熱分解体を分級して分級体を得る分級処理工程（ｇ）前記分級体から磁気力により金属粉を取り除く除鉄処理工程。【選択図】図１

Description

本発明は、炭素繊維強化プラスチック（以下、ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ、という）のマトリックス樹脂成分を熱分解して、ＣＦＲＰから炭素繊維をリサイクルする製造方法に関する。

ＣＦＲＰは、比強度や比弾性率といった力学的特性に優れていることから、航空・宇宙用途や、釣竿、ゴルフシャフト、テニスラケット等のスポーツ・レジャー用途、その他の用途において広く用いられているが、製造工程で発生する屑類や、不要になったものの廃棄処理が大きな問題であった。炭素繊維は不燃性であり、しかも、決して腐らないから、現状では埋立処理によるほかはないが、埋立処理による地下汚染の観点から少しでも廃棄を回避できれば環境負荷低減に大きく貢献できる。また、炭素繊維は、よく知られているように、ポリアクリロニトリル繊維等のプリカーサー繊維を１０００〜３０００℃もの高温で焼成して得られるものであり、その製造に費消されるエネルギーは相当なものであるから、そのまま埋め立てて廃棄するのではなく、有効に再利用することが重要である。ところで、炭素繊維は不燃性であるが、マトリックス樹脂を形成している熱硬化性樹脂は燃えるので、ＣＦＲＰを加熱炉に入れ、熱硬化性樹脂を燃やせば、炭素繊維を回収することはできる。

特許文献１（特表２０１６−５２１２９５号公報）では、ＣＦＲＰ中の熱硬化性樹脂を熱分解させた後、炭素繊維を取り出し切断してから再利用する方法が記載されている。

特許文献２（特許第３１８０４６３）では、ＣＦＲＰを任意の大きさになるまで破砕してからＣＦＲＰ中の熱硬化性樹脂を熱分解させる方法が記載されている。

また、特許文献３（特開２０１３−１４７５４５号公報）では、熱分解炉に原料を自動で投入し、自動で製品を取り出す方法が記載されている。

特表２０１６−５２１２９５号公報 特許第３１８０４６３号 特開２０１３−１４７５４５公報

しかしながら、特許文献１の方法においては熱分解後の繊維を任意の繊維長に切断する工程が必要であるが、熱分解後の繊維は柔らかいため炭素繊維の切断が難しい。またＣＦＲＰは一般に複数の積層角度からなる層を含んでいるため、切断前に熱分解後の繊維を一方向に引きそろえる必要があり、作業効率が悪いものであった。

また、特許文献２の方法では破砕した材料をバッチで電気炉に投入しているため生産効率が悪く、生産コストを下げることができないものであった。

さらに、特許文献３の方法では、連続製造を実現するために必要な熱分解炉の前後工程に関する記載がないものであった。

またさらに、いずれの文献においても、収率を向上させるための技術、リサイクル炭素繊維分級体の長さをコントロールする技術、除粉に関する技術、作業環境を整えるための技術に関する記載がないものであった。

そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、廃ＣＦＲＰ製品やＣＦＲＰ製品の製造時に発生する切屑等から、マトリックス樹脂成分を除去することによって、ＣＦＲＰの再利用可能とするものである。具体的には、ＣＦＲＰ中の炭素繊維を高い収率で回収しリサイクルする工程において、製造工程間の搬送を自動化することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は以下の手段を採用するものである。すなわち、
［１］炭素繊維及びマトリックス樹脂成分を含有する炭素繊維強化プラスチックからリサイクル炭素繊維を得るリサイクル炭素繊維の製造方法であって、以下の（ａ）から（ｇ）に至る各工程間の搬送を自動化することを特徴とするリサイクル炭素繊維の製造方法。
（ａ）炭素繊維強化プラスチック廃材を破砕し所定の繊維長を有する炭素繊維強化プラスチック破砕片を作製する破砕処理工程
（ｂ）前記炭素繊維強化プラスチック破砕片をホッパーに送り貯蔵する搬送貯蔵工程
（ｃ）前記炭素繊維強化プラスチック破砕片を前記ホッパーから除粉装置に定量供給し、前記除粉装置にて前記炭素繊維強化プラスチック破砕片に含まれる粉体を除去し、炭素繊維強化プラスチック除粉片を生成する除粉処理工程
（ｄ）前記炭素繊維強化プラスチック除粉片を熱分解炉に定量供給しながら加熱し、前記炭素繊維強化プラスチック除粉片に含まれる前記マトリックス樹脂成分を除去してリサイクル炭素繊維熱分解体を得る熱分解処理工程
（ｅ）前記リサイクル炭素繊維熱分解体を冷却しながら次工程に送る冷却搬送工程
（ｆ）前記リサイクル炭素繊維熱分解体を分級してリサイクル炭素繊維分級体を得る分級処理工程
（ｇ）前記リサイクル炭素繊維分級体から磁気力により金属粉を取り除く除鉄処理工程
［２］前記除粉処理工程において、前記炭素繊維強化プラスチック破砕片に含まれる５〜３０％の前記粉体を除去することを特徴とする［１］に記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。
［３］前記除粉処理工程において、目開き５００μｍ未満のスクリーンメッシュで前記粉体を除去することを特徴とする［２］に記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。
［４］前記除粉処理工程において、前記ホッパーは攪拌羽と定量払い出し装置を具備し、前記除粉装置を構成する粉体吸引配管で詰まりを検出すると前記攪拌羽と前記定量払い出し装置の動作を停止し、前記炭素繊維強化プラスチック破砕片の前記除粉装置への供給を停止する［１］〜［３］のいずれかに記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。
［５］前記熱分解処理工程において、酸素濃度２〜８％、加熱処理温度５００〜５８０℃、加熱処理時間１０〜４０分とする乾留処理を実施し、前記マトリックス樹脂の残留量がリサイクル炭素繊維中の７〜１７重量％である［１］〜［４］のいずれかに記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。
［６］前記分級処理工程において、前記リサイクル炭素繊維熱分解体の厚みに応じて、少なくとも３以上の分級厚み範囲にふるい分級し、前記分級厚み範囲の最大範囲と最小範囲に分級される前記リサイクル炭素繊維分級体を混合し、その後粉砕する［１］〜［５］のいずれかに記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。
［７］前記リサイクル炭素繊維分級体の厚み範囲の最小範囲が４μｍ≦厚み＜３００μｍ、最大範囲が１ｍｍ＜厚みである［６］に記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。
［８］前記リサイクル炭素繊維分級体の長さが１〜２０ｍｍである［７］に記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。
［９］前記リサイクル炭素繊維分級体の分級処理工程において分級装置内での滞留時間が１分以上２分以下である［１］〜［８］のいずれかに記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。
［１０］前記除粉処理工程における除粉装置の除粉処理能力が、前記分級処理工程における分級装置の除粉処理能力よりも大きい、［１］〜［９］のいずれかに記載のリサイクル炭素繊維に製造方法。
［１１］各工程に微粉を吸引する吸引手段を更に設ける［１］〜［１０］のいずれかに記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。

この発明によれば、ＣＦＲＰ中から有用な炭素繊維を高い収率で回収し、リサイクル炭素繊維として利用することができる。さらに、その製造工程間の搬送を自動化することにより生産性が高いリサイクル炭素繊維の製造方法を提供することができる。

本発明に係るリサイクル炭素繊維の製造方法の工程の流れを示すフロー図である。 本発明に係るリサイクル炭素繊維の製造方法における破砕処理工程の概略図である。 本発明に係るリサイクル炭素繊維の製造方法における搬送貯蔵工程および除粉処理工程の概略図である。 本発明に係るリサイクル炭素繊維の製造方法における熱分解処理工程の概略図である。 本発明に係るリサイクル炭素繊維の製造方法における分級処理工程の概略図である。 本発明に係るリサイクル炭素繊維の製造方法における搬送貯蔵工程のホッパーに攪拌羽と定量払い出し装置が具備されている概略図である。 本発明に係るリサイクル炭素繊維の製造方法における搬送貯蔵工程の定量払い出し装置がスクリューフィーダー方式である概略図である。 本発明に係るリサイクル炭素繊維の製造方法における搬送貯蔵工程の定量払い出し装置がロータリーバルブ方式である概略図である。 本発明に係るリサイクル炭素繊維の製造方法により得られたリサイクル炭素繊維の概略図である。

以下に、本発明の実施の形態について順次説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施例形態に限定されるものではない。また、以下の説明において、ＣＦＲＰはマトリックス樹脂の種類、炭素繊維の種類（例えば黒鉛繊維）を問わない。

本リサイクル炭素繊維の製造方法のプロセスは、破砕したＣＦＲＰ廃材から熱分解法を用いてリサイクル炭素繊維を取り出す製造方法で、図１に製造方法フローを示す。以下に工程毎の詳細を述べる。

（ａ）破砕処理工程
図２に破砕処理工程の概略図を示す。原料であるＣＦＲＰ廃材１は、まず一次破砕機２に投入され二軸方式の刃３で大まかに破砕された後、ベルトコンベヤ４によって二次破砕機５へと搬送される。 ベルトコンベヤ４にて搬送されたＣＦＲＰ廃材１は二次破砕機５へと投入され、スクリーン６の網目以下の大きさになるまで固定刃７と回転刃８で破砕される。この時、ＣＦＲＰ破砕片９だけでなく、粉体１０も発生する。その後、ＣＦＲＰ破砕片９と粉体１０を次工程（矢印１１方向）に搬送する。

（ｂ）搬送貯蔵工程、
図３に搬送貯蔵工程の概略図を示す。破砕されたＣＦＲＰ破砕片９と粉体１０は前工程（矢印１１方向）から搬送され、ホッパー１２に貯蔵される。搬送方法は風送式、ベルトコンベア式、バケットコンベア式等が挙げられる。設備費が安価である風送式を用いるのが好ましい。

（ｃ）除粉処理工程
図３に除粉処理工程の概略図を示す。ホッパー１２に貯蔵したＣＦＲＰ破砕片９と粉体１０を定量的に除粉装置１４に搬送する（矢印１３方向）。ここで除粉装置１４は振動ふるい機が好ましい。その後除粉装置１４でＣＦＲＰ破砕片９と粉体１０を分離し、ＣＦＲＰ除粉片１５を次工程（矢印１６方向）に送り、粉体１０は別工程（矢印１７方向）に送り回収して廃棄等を行う。

（ｄ）熱分解処理工程
図４に熱分解処理工程の概略図を示す。ＣＦＲＰ除粉片１５を熱分解炉ホッパー１８に貯蔵した後、定量的に熱分解炉２０に搬送する（矢印１９方向）。ＣＦＲＰ除粉片１５は熱分解炉２０内で熱分解された後、リサイクル炭素繊維熱分解体２２として排出される（矢印２１方向）。また、熱分解によって発生したガスはガス処理装置２３で適切に処理された後に大気に放出される。熱分解炉２０の加熱方式は電気ヒーター、熱風等が挙げられる。本発明においては導電性のある炭素繊維を扱うため熱風方式が好ましい。

ここで、熱分解炉内での材料搬送方式として、ベルトコンベア式、バケットコンベア式、また、熱分解炉自身が回転するロータリーキルン式等がある。熱分解炉内は高温になっているため、設備寿命の観点からコンベアを使用しないロータリーキルン式が好ましい。

（ｅ）冷却搬送工程
図示していないが、冷却搬送工程は熱分解炉から排出したリサイクル炭素繊維熱分解体２２を冷却しながら次工程に送る役割を持つ。搬送方式は特に限定は無く、熱分解直後の高温状態のリサイクル炭素繊維熱分解体２２を搬送できるだけの耐熱性があればいい。また冷却方式として、風冷、自然冷却等がある。冷却設備が不要な自然冷却が好ましい。また、搬送方式をベルトコンベア式、バケットコンベア式等にして搬送中に自然冷却することも好ましい。

（ｆ）分級処理工程
図５に分級処理工程の概略図を示す。リサイクル炭素繊維熱分解体２２は冷却搬送工程から分級装置２５に通して（矢印２４方向）、所定の厚みを有するリサイクル炭素繊維分級体に分級する。ここで分級装置は振動ふるい機が好ましい。振動ふるい機は段数とスクリーンメッシュを変えることにより所定の厚みのリサイクル炭素繊維分級体を得ることができる。図５にて２つのスクリーンメッシュで３種類の厚みのリサイクル炭素繊維分級体（２６、２７、２８）に分級している様子を例示している。

（ｇ）除鉄処理工程
図示していないが、リサイクル炭素繊維分級体が通る配管内に磁気力により金属粉を取り除く装置を設置することにより、処理中に発生した鉄粉を回収してリサイクル炭素繊維に金属粉が混入しないようにする。

本発明では、除粉処理工程において、ＣＦＲＰ破砕片９に含まれる５〜３０％の粉体１０を除去することが好ましく、より好ましくは７〜２８％、さらに好ましくは１０〜２５％である。粉体の除去が５％未満だと粉体の除去が不十分であり、粉体爆発や粉体が熱分解炉の制御センサにつまる不良の原因になる。また粉体の除去が３０％より大きいとロスが多くなり製造コストが増加する。

本発明において、粉体除去の割合を粉体除去率とし、粉体除去率（％）＝（１−ＣＦＲＰ除粉片１５重量／（ＣＦＲＰ破砕片９重量＋粉体１０重量））ｘ１００）として計算している。

本発明によれば、ホッパーには攪拌羽と定量払い出し装置を具備していることが好ましい。図６に攪拌羽と定量払い出し装置を具備している除粉処理工程の概略図を示す。ホッパー１２は攪拌羽３０と定量払い出し装置３１を備えている。ＣＦＲＰ破砕片９は硬くかつ先端が尖っているため、ＣＦＲＰ破砕片９同士がアーチ構造を形成し閉塞するいわゆるブリッジを発生させて、定量払い出し装置３１からＣＦＲＰ破砕片９を払い出すことができない。ブリッジを破壊する機構として、ホッパーを外側からたたくノッカー方式やＣＦＲＰ破砕片９にエアを吹き付ける方式やホッパー内に設置した攪拌羽３０でブリッジを破壊する方式がある。ノッカー方式、エア吹き付け方式では硬くかつ先端が尖っているＣＦＲＰ破砕片９由来のブリッジを破壊することはできない。鋭意検討した結果、ホッパー内に設置した攪拌羽３０でブリッジを破壊する方式が好適であることがわかった。攪拌羽３０の設置位置、形状、個数に限定はなくブリッジの発生範囲を網羅していれば良い。

また、攪拌羽３０は回転方向が切り替えられる制御にすることが好ましい。攪拌羽３０とホッパー１３の隙間に粉体１０が圧縮、蓄積されて最終的に攪拌羽３０が回転できなくなる場合がある。鋭意検討した結果、回転方向を逆転させると粉体１０の蓄積が容易に外れることがわかった。制御により安定的に生産を継続することができる。回転方向の切り替え機構として、規定時間ごとに方向を切り替える方法、攪拌羽３０にかかる力を検出し一定力を超えると攪拌羽３０の回転を逆転させる方法、ホッパー内の状態を映像で監視し異常を検知すると攪拌羽３０の回転を逆転させる方法がある。特に、攪拌羽３０にかかる力を検出し一定力を超えると攪拌羽３０の回転を逆転させる方法が攪拌羽３０の異常をすぐに検知することができ好適である。

また、除粉装置１４としては、所定のメッシュサイズを有するスクリーンメッシュを備えた振動ふるい機が例示できる。ここで、スクリーンメッシュのメッシュサイズとしては５００μｍ未満であることが好ましい。より好ましくは４００μｍ以下であり、さらに好ましくは３００μｍ以下である。また、メッシュサイズは２０μｍ以上が好ましい。より好ましくは１００μｍ以上であり、さらに好ましくは２００μｍ以上である。

スクリーンメッシュのメッシュサイズが５００μｍ以上であると、ロスが多くなり製造コストが増加する。２０μｍ未満だと粉体の除去が不十分であり、粉体爆発や粉体が熱分解炉の制御センサにつまる不良の原因になる。

本発明によれば、定量的にＣＦＲＰ破砕片９と粉体１０を除粉装置１４に送ることが好ましい。定量的にＣＦＲＰ破砕片９と粉体１０を払い出すことができないと、ＣＦＲＰ破砕片９と粉体１０の供給が過大になり除粉装置１４での除粉処理が追いつかず粉体１０が多く残る場合がある。また、ＣＦＲＰ破砕片９の排出が過少になると除粉処理量が少なくなり生産速度が低下する。

またＣＦＲＰ破砕片９を払い出す方法としては、スクリューフィーダー方式（図７）、ロータリーバルブ方式（図８）等がある。方式については限定されないが、いずれの場合においてもスクリューフィーダーのケーシング３３とスクリュー３４、ロータリーバルブのケーシング３５とローター３６の隙間を３〜３０ｍｍあけておくことが好ましい。隙間が３ｍｍ以下の場合、ＣＦＲＰ破砕片９や粉体１０が隙間につまりスクリューもしくはローターが動かなくなる場合がある。隙間が３０ｍｍより大きいとＣＦＲＰ破砕片９や粉体１０の定量供給性が低下する。

本発明によれば、除粉装置１４の粉体吸引配管３２につまりを検出すると攪拌羽３０と定量払い出し装置３１の動作が停止することが好ましい。粉体吸引配管３２がつまると粉体１０の吸引ができなくなるので、除粉能力が低下して粉体１０の除去が不十分になる。そのような状態でＣＦＲＰ破砕片９と粉体１０の払い出しを継続すると、除粉が追いつかなくなり除粉装置がつまり生産できなくなる。

また粉体吸引配管３２のつまりを検出する方法として粉体吸引配管３２の吸引圧力監視や粉体蓄積体積の映像監視、配管の重量監視などがある。監視システムの簡便性から吸引圧力監視が好ましい。

本発明では、熱分解処理工程において、酸素濃度は２〜８％が好ましく、より好ましくは３〜７％、さらに好ましくは４〜６％が好ましい。酸素濃度が２％未満にするためには熱分解炉に不活性ガスを充填する必要があり、生産コストが増加する。酸素濃度が８％より大きいとＣＦＲＰ除粉片１５が熱分解炉内で発火する可能性がある。

また本発明において、低酸素雰囲気下にて５００〜５８０℃×１０〜４０分の熱処理により乾留を実施する。プラスチック成分は、熱分解され、ＣＯ_２ 、ＣＯ、ＣＨ_４などや、油状のベンゼン、トルエン、スチレンなどの分解物を排出し、分解残渣の炭化物が残される。加熱温度が５００℃未満であると熱分解は起こるが、速度が遅く、処理に時間がかかる。また、５８０℃を超えると、熱分解炉の温度を保持するための消費エネルギーが多く好ましくない。熱処理は好ましくは５０５〜５７５℃×１２〜３５分、より好ましくは５１０〜５７０℃×１５〜３０分である。

また、熱分解後に含まれるリサイクル炭素繊維熱分解体２２に含まれる樹脂残留量は、リサイクル炭素繊維対比７〜１７重量％まで熱分解を進めることが好ましい。より好ましくは８〜１６重量％の範囲、さらに好ましくは９〜１５重量％の範囲である。

熱分解後の残留樹脂はリサイクル炭素繊維同士を互いに結着する、いわゆる接着剤の役目をしている。すなわち、リサイクル炭素繊維同士の結着の強さは、熱分解前のＣＦＲＰ除粉片１５における炭素繊維と熱硬化性樹脂とのそれよりも弱くなっており、樹脂残留量が７重量％未満ではリサイクル炭素繊維の形態保持力が低く、輸送中に綿状になったりする。一方、１７重量％を超えると、結着力が低下しているとはいっても利用時におけるリサイクル炭素繊維の分離が難しくなり、リサイクル炭素繊維の他材料中における分散性が低下するようになる。

本発明において、樹脂残留量は次の方法で測定している。５ｇのリサイクル炭素繊維を電気炉で６００℃、３．５時間、窒素雰囲気下で樹脂を焼き飛ばした。その後、樹脂の焼き飛ばし前後の重量から樹脂残留量（％）＝（（１−樹脂焼き飛ばし後重量／樹脂焼き飛ばし前重量）ｘ１００）として計算している。

本発明によれば、熱分解によって樹脂成分が分解されたリサイクル炭素繊維熱分解体２２を分級装置２５に投入し、所定厚みのリサイクル炭素繊維分級体を得ることができる。ここで分級装置は振動ふるい機が好ましい。振動ふるい機は段数とスクリーンメッシュを変えることにより所定厚みのリサイクル炭素繊維分級体を得ることができる。

本発明においては、少なくとも３つ以上の厚みのリサイクル炭素繊維分級体にふるい分級することが好ましく、より好ましくは３〜４つ、さらに好ましくは３つが好ましい。２つ以下の厚みのリサイクル炭素繊維分級体に分級した場合、任意の厚み範囲内に収まるリサイクル炭素繊維分級体を得ることができない。５つより多いと必要以上の厚み範囲に分級することになり、生産効率が悪くなる。

また、分級処理工程において、分級装置内での滞留時間が１分以上２分以下であることが好ましい。１分以上滞留することで、リサイクル炭素繊維熱分解体に十分に振動エネルギーが付与されるため、凝集したリサイクル炭素繊維熱分解体があっても、所定の厚みと長さを有するリサイクル炭素繊維分級体を得ることができ、収率を向上させることができる。一方、２分以下とすることで、分級体の過度な重なり合いを防止し、処理能力の低下を防ぐことができる。

本発明によれば、分級厚み範囲の最大範囲と最小範囲に分級されるリサイクル炭素繊維分級体を混合し、粉砕することが好ましい。分級厚みが小さいとリサイクル炭素繊維分級体が軽く、粉砕工程のフィーダーを通過することができない。そのため分級厚みが大きく重いリサイクル炭素繊維分級体と混ぜて粉砕することが好ましい。混合することにより最小の分級厚みの範囲に分級されるリサイクル炭素繊維の粉砕が可能になり、結果として導電性粉体を得ることができる。また、任意の厚み外のリサイクル炭素繊維を有効に活用することもできる。

粉砕機はハンマーミル方式のミルド粉砕機であって、一定の大きさ以下のリサイクル炭素繊維へと加工される。ミルド粉砕機はハンマーミル、カッターミル、せん断破砕機等が用いることができ、品質が安定するハンマーミル式が好ましい。装置接触面の材質は、磨耗による異物混入が少ないステンレス鋼製を用いることが好ましい。

リサイクル炭素繊維分級体の厚み範囲は厚み範囲の最小範囲が４μｍ≦厚み＜３００μｍ、最大範囲が１ｍｍ＜厚みであることが好ましい。分級厚み範囲が３００μｍ≦厚み≦１ｍｍのリサイクル炭素繊維分級体はナイロン等の熱可塑性樹脂と混錬してペレットとして使用する。そのような用途において、分級厚みが３００μｍ未満だとリサイクル炭素繊維分級体が軽くペレット設備のフィーダー通過性が悪くなる。また、分級厚みが１ｍｍより大きいとペレット設備のフィーダーに詰まりフィーダーに負荷がかかりフィーダーが損傷する。また、分級厚み範囲が３００μｍ≦厚み≦１ｍｍのリサイクル炭素繊維分級体の用途はペレットに限定されず、不織布やマットに利用することもできる。

また、リサイクル炭素繊維分級体の長さが１〜２０ｍｍであることが好ましい。リサイクル炭素繊維分級体の長さが１ｍｍ未満であると、繊維束が軽くペレット設備のフィーダー通過性が悪くなる。一方、リサイクル炭素繊維分級体の長さが２０ｍｍを超えると、ペレット設備のフィーダー通過性が悪くなる。長さが１〜２０ｍｍの範囲にあるリサイクル炭素繊維分級体の用途はペレットに限定されず、不織布やマットに利用することもできる。

本発明において、リサイクル炭素繊維分級体の模式図を図９に示す。リサイクル炭素繊維分級体の上面概略図３７の繊維方向の長さをＬ、同図の繊維直交方向をＷと定義している。繊維直角方向を中心に回転させた概略投影図３８の最大厚みをｔとし、これを分級体の厚みと定義している。厚みは任意に取り出した１５個のリサイクル炭素繊維の厚み（ｔ）をノギスで測定した平均値としている。

また、本発明において、除粉処理工程における除粉装置の除粉処理能力が、分級処理工程における分級装置の除粉処理能力よりも大きいことが好ましい。破砕処理工程から除粉処理工程の間で発生した破砕片に含まれる微粉を効率よく除去するために、除粉処理工程における除粉装置は、大型のスクリーンメッシュを用いて、振動を与える駆動モーターも高出力ものを用いることが好ましい。除粉処理工程で効率よく微粉を除去できれば、下流の各工程で微粉の影響を最小限とすることができる。特に分級処理工程における分級装置の除粉処理能力よりも大きな除粉処理能力を有すれば、分級処理工程における分級装置で微粉除去の手間が省け、各メッシュサイズに分級したリサイクル炭素繊維の回収率を高めることができる。

また、本発明において、各工程に微粉を吸引する吸引手段を更に設けることが好ましい。前述した除粉装置や分級装置以外の工程の搬送中等で発生する微粉をその都度吸引除去できるため、微粉に起因する装置の故障等が起こりにくくなったり、空気中に舞う微粉が極めて少なくなるため、作業者に優しい環境を提供することができる。微粉は大きさ１ｍｍ以下の目に見えないものが多く、作業者の肌に直接触れると、かゆくなったり、吸い込んでしまうと、健康被害におよぶ可能性がある。

次に、本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
東レ（株）製炭素繊維プリプレグ“トレカ（登録商標）プリプレグ”＃３９００―２Ｂを所定枚数積層した後、１８０℃で１０時間硬化させた後に１００ｍｍｘ１００ｍｍｘ５ｍｍのＣＦＲＰ廃材を作製した。ＣＦＲＰ廃材を１軸の破砕機で破砕した後、８ｍｍのスクリーンを通して所定の繊維長のＣＦＲＰ破砕片を得た。その後、ホッパーにＣＦＲＰ破砕片と粉体を貯蔵した後、エイクル（株）製ブリッジブレーカーをホッパー内で回転させながらロータリーバルブで４００μｍスクリーンメッシュを設置した（株）ダルトン製振動ふるい機（１００３型）に定量供給した。この時１００Ａの粉体吸引配管を使用した。除粉前後の重量を測定し、粉体除去率を計算した。その結果、１８％の粉体除去率であった。除粉後のＣＦＲＰ除粉片をロータリーキルン方式の熱分解炉に投入して酸素濃度５％、熱処理温度５２０℃、加熱処理時間２０分条件で熱分解を実施し、６時間継続して熱分解ができることを確認した。得られたリサイクル炭素繊維熱分解体の樹脂残留量は１２％であった。リサイクル炭素繊維熱分解体を２つのスクリーンメッシュ（０．５ｍｍと３ｍｍ）を取り付けた（株）ダルトン製振動ふるい機（１００３型）で分級を行った。その後、φ２０ｍｍの円筒形で、中心間距離が３０ｍｍの磁力１００００Ｇの磁石を４列に並べ、それらを４段重ねた除鉄処理装置（（有）マグネットプラン製）を通して、除鉄を行うと長さ２ｍｍの鉄片を４個回収することができた。得られたリサイクル炭素繊維厚みはシンワ測定（株）ノギス（品番１９９７５）で測定した結果、１２０μｍと０．６ｍｍと１．４ｍｍであった。最後に厚みが１２０μｍと１．４ｍｍのリサイクル炭素繊維分級体を混合させた後、ホソカワミクロン（株）製マイクロパルベライザ（ＡＰ−２ＤＨ）に通して粉砕した。

厚み０．６ｍｍのリサイクル炭素繊維分級体は、コンパウンド化したリサイクル炭素繊維ペレットで平板を作成し、３点曲げ試験を行い、通常の炭素繊維カットファイバーを用いた成形品と同等の物性を得られることを確認した。

本発明の方法によって回収した炭素繊維は、粉砕し、ゴムや熱可塑性樹脂中に混入してその耐摩擦性を向上させたり、セメント、モルタル、コンクリートなどに混入してその力学的特性を向上させたりするのに使用することができる。

１ ＣＦＲＰ廃材
２ 一次破砕機
３ 二軸方式の刃
４ ベルトコンベヤ
５ 二次破砕機
６ スクリーン
７ 固定刃
８ 回転刃
９ ＣＦＲＰ破砕片
１０ 粉体
１１ 破砕処理工程から搬送貯蔵工程にＣＦＲＰ破砕片と粉体が移動する方向
１２ ホッパー
１３ 搬送貯蔵工程から除粉処理工程にＣＦＲＰ破砕片と粉体が移動する方向
１４ 除粉装置
１４ａ スクリーンメッシュ
１５ ＣＦＲＰ除粉片
１６ 除粉処理工程から熱分解工程にＣＦＲＰ除粉片が移動する方向
１７ 粉体が回収される方向
１８ 熱分解炉ホッパー
１９ 熱分解炉ホッパーから熱分解炉にＣＦＲＰ除粉片が移動する方向
２０ 熱分解炉
２１ 熱分解炉内でＣＦＲＰ除粉片が移動する方向
２２ リサイクル炭素繊維熱分解体
２３ ガス処理装置
２４ 冷却搬送工程から分級処理工程にＣＦＲＰ熱分解体が移動する方向
２５ 分級装置
２６ 最大厚みを含むリサイクル炭素繊維熱分解体
２７ 最大および最小の厚みを含まないリサイクル炭素繊維熱分解体
２８ 最小厚みを含むリサイクル炭素繊維熱分解体
３０ 攪拌羽
３１ 定量払い出し装置
３２ 粉体吸引配管
３３ スクリューフィーダーのケーシング
３４ スクリューフィーダーのスクリュー
３５ ロータリーバルブのケーシング
３６ ロータリーバルブのローター
３７ リサイクル炭素繊維の上面概略図
３８ リサイクル炭素繊維を繊維方向を中心に回転させた概略投影図

Claims (11)

1. 炭素繊維及びマトリックス樹脂成分を含有する炭素繊維強化プラスチックからリサイクル炭素繊維を得るリサイクル炭素繊維の製造方法であって、以下の（ａ）から（ｇ）に至る各工程間の搬送を自動化することを特徴とするリサイクル炭素繊維の製造方法。
   （ａ）炭素繊維強化プラスチック廃材を破砕し所定の繊維長を有する炭素繊維強化プラスチック破砕片を作製する破砕処理工程
   （ｂ）前記炭素繊維強化プラスチック破砕片をホッパーに送り貯蔵する搬送貯蔵工程
   （ｃ）前記炭素繊維強化プラスチック破砕片を前記ホッパーから除粉装置に定量供給し、前記除粉装置にて前記炭素繊維強化プラスチック破砕片に含まれる粉体を除去し、炭素繊維強化プラスチック除粉片を生成する除粉処理工程
   （ｄ）前記炭素繊維強化プラスチック除粉片を熱分解炉に定量供給しながら加熱し、前記炭素繊維強化プラスチック除粉片に含まれる前記マトリックス樹脂成分を除去してリサイクル炭素繊維熱分解体を得る熱分解処理工程
   （ｅ）前記リサイクル炭素繊維熱分解体を冷却しながら次工程に送る冷却搬送工程
   （ｆ）前記リサイクル炭素繊維熱分解体を分級してリサイクル炭素繊維分級体を得る分級処理工程
   （ｇ）前記リサイクル炭素繊維分級体から磁気力により金属粉を取り除く除鉄処理工程
2. 前記除粉処理工程において、前記炭素繊維強化プラスチック破砕片に含まれる５〜３０％の前記粉体を除去することを特徴とする請求項１に記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。
3. 前記除粉処理工程において、メッシュサイズが５００μｍ未満のスクリーンメッシュで前記粉体を除去することを特徴とする請求項２に記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。
4. 前記除粉処理工程において、前記ホッパーは攪拌羽と定量払い出し装置を具備し、前記除粉装置を構成する粉体吸引配管で詰まりを検出すると前記攪拌羽と前記定量払い出し装置の動作を停止し、前記炭素繊維強化プラスチック破砕片の前記除粉装置への供給を停止する請求項１〜３のいずれかに記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。
5. 前記熱分解処理工程において、酸素濃度２〜８％、加熱処理温度５００〜５８０℃、加熱処理時間１０〜４０分とする乾留処理を実施し、前記マトリックス樹脂の残留量がリサイクル炭素繊維中の７〜１７重量％である請求項１〜４のいずれかに記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。
6. 前記分級処理工程において、前記リサイクル炭素繊維熱分解体の厚みに応じて、少なくとも３以上の分級厚み範囲にふるい分級し、前記分級厚み範囲の最大範囲と最小範囲に分級される前記リサイクル炭素繊維分級体を混合し、その後粉砕する請求項１〜５のいずれかに記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。
7. 前記リサイクル炭素繊維分級体の厚み範囲の最小範囲が４μｍ≦厚み＜３００μｍ、最大範囲が１ｍｍ＜厚みである請求項６に記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。
8. 前記リサイクル炭素繊維分級体の長さが１〜２０ｍｍである請求項７に記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。
9. 前記リサイクル炭素繊維分級体の分級処理工程において分級装置内での滞留時間が１分以上２分以下である請求項１〜８のいずれかに記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。
10. 前記除粉処理工程における除粉装置の処理能力が前記分級処理工程における分級装置の除粉処理能力よりも大きい、請求項１〜９のいずれかに記載のリサイクル炭素繊維に製造方法。
11. 各工程に微粉を吸引する吸引手段を更に設ける請求項１〜１０のいずれかに記載のリサイクル炭素繊維の製造方法。