JP3180463B2 - 炭素繊維強化プラスチックの処理方法 - Google Patents
炭素繊維強化プラスチックの処理方法Info
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Description
チック(以下、CFRPという)を、それから炭素繊維
を回収するために処理する方法に関する。この発明の方
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。
耐熱性や耐食性などの諸特性にも優れていることから、
よく知られているように、航空・宇宙用途や、ゴルフク
ラブ、テニスラケットなどのスポーツ用途や、医療用途
など、いろいろな分野で広く利用されている。
リアクリロニトリル系炭素繊維やピッチ系炭素繊維を使
用し、マトリクスとしてエポキシ樹脂や不飽和ポリエス
テル樹脂などのプラスチックを使用したものが多いが、
製造工程で発生する屑類や、不要になったものの処理が
やっかいであるという問題がある。燃やしても、プラス
チックは容易に燃焼するが、炭素繊維はほとんど残渣と
して残るからである。そのため、CFRPは、廃棄物処
理上は不燃物に分類され、埋立処理されている。しかし
ながら、近年、埋立地の確保が難しいうえに、確保でき
たとしても周囲の環境を悪化させるといった問題があ
り、対策が望まれている。また、埋立処理は、資源の再
利用という観点からも好ましいことではない。
FRPから炭素繊維を高収率で回収することができ、C
FRPの埋立処理を不要とするばかりか、炭素繊維の再
利用を可能にする方法を提供するにある。
達成するために、CFRPを、酸素濃度が3〜18体積
%の範囲内で、温度が300〜600℃の範囲内のガス
雰囲気下で燃焼させないで処理し、プラスチックを熱分
解することを特徴とする、炭素繊維強化プラスチックの
処理方法を提供する。なお、CFRPとは、一般的に
は、マトリクスがエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂であるものをい
うが、この発明においては、ナイロン樹脂、ポリエステ
ル樹脂などの熱可塑性樹脂をマトリクスとするものも含
めるものとする。また、炭素繊維には黒鉛繊維をも含め
るものとする。そして、CFRPには、炭素繊維が、短
繊維や連続繊維の形態で使用されているものや、織物や
マットなどの布帛形態で使用されているものなど、いろ
いろなものがあるが、この発明はどのような形態の炭素
繊維を使用したものにも適用できる。
酸素濃度が3〜18体積%の範囲内で、かつ、温度が3
00〜600℃の範囲内のガス雰囲気下で燃焼させない
で処理する。
に、またはバッチとして行うことができる。この処理に
おいては、CFRPを一様に加熱するのが好ましい。そ
のために、大きなCFRPはあらかじめ破砕しておくの
がよい。たとえば、3〜50cmほどの大きさに破砕して
おくと、雰囲気ガスとの良好な接触が保たれ、昇温速度
や処理速度の差が小さくなって効率的な処理を行うこと
ができるようになる。なお、効率的な処理を行うため
に、加熱炉の種類などによっては、CFRPを金網など
の多孔体の上に載せ、その目を貫通する方向に雰囲気ガ
スを流通させるようにするのが好ましい。
理に際して、CFRPが、炎を発して急激に酸化しない
ようにすること、すなわち、燃焼しないようにすること
である。燃焼は、同時に発熱を伴うので、CFRPは、
通常、1000℃以上もの高温になる。しかも、燃焼し
ているCFRPの各部の温度に大きな差ができ、炎の温
度も部位によって数百℃の温度差があるのでその炎に触
れて燃焼が伝播するCFRPにもまた、部位によって大
きな温度差ができる。そのため、処理温度の制御ができ
なくなり、また、炭素繊維が酸化して回収率が低下する
ばかりか、回収できても特性の低下が大きく、再利用が
困難になる。また、炭素繊維の単位重量当りの回収コス
トも上昇する。そのような理由で、この発明において
は、CFRPを燃焼させないでプラスチックのみを選択
的に熱分解する。この熱分解によって、プラスチック
は、CO、CO2 、H2 Oなどのガスになる。
チックのみを選択的に熱分解し、炭素繊維を回収するた
めに、この発明においては、雰囲気ガス中の酸素濃度を
3〜18体積%の範囲に制御する。酸素濃度が3体積%
未満であるときは、燃焼は起こらないものの熱分解の速
度が遅くなって処理に時間がかかり、処理コストが上昇
する。また、18体積%を超えると、燃焼を引き起こし
たり、熱分解によって発生したガスに引火して爆発する
ことがある。なお、雰囲気ガスとしては、上述した範囲
の酸素を含む窒素ガスなどを使用するが、熱分解の進行
に伴って発生するガスによって酸素濃度が下がってくる
ので、酸素濃度を絶えず制御する。
囲に設定する。300℃未満でも熱分解は起こるが、速
度が遅く、処理に時間がかかるので実用的でない。ま
た、600℃を超えると、熱分解が急激に起こり、プラ
スチックが残存したり、逆に、炭素繊維の酸化が進んだ
りする。
ックが残存する。また、長すぎると炭素繊維の酸化が進
み、回収率が低下するばかりか、炭素繊維の劣化を招
く。また、処理コストが上昇する。したがって、あらか
じめ実験で時間に対する炭素繊維の重量減少曲線を求め
ておき、プラスチックの重量に相当する減量が起こった
時点で処理を終了するようにするのがよい。
は、外側から徐々に上がり、やがて全体が雰囲気温度に
達する。この過程で、自燃性を有するプラスチックは、
外側のみならず内側からも熱分解する。一方、炭素繊維
はプラスチックに埋没されているので、プラスチックの
熱分解が終わらない間は周囲がプラスチックで覆われて
いることになり、酸化を免れる。したがって、プラスチ
ックの熱分解が終了した時点で処理を打ち切れば、すな
わち降温すれば、炭素繊維を酸化から保護することがで
きる。回収率が、70%以上、好ましくは80%以上に
なるようにするのがよい。なお、プラスチックの種類に
よって熱分解の挙動が異なるので、処理は、同じ種類の
CFRPか、熱分解の挙動が似ているプラスチックを使
用したCFRPについて行うのが好ましい。
カ”T300−3K(平均単糸径:7μm、単糸数3,
000本)からなる平織物(織密度:経方向、緯方向と
もに4本/cm)とエポキシ樹脂とからなる、炭素繊維の
割合が63重量%のCFRPを処理した。
を、大きさが5〜15cm、重量平均で8.5cmになるよ
うに破砕し、その616g(炭素繊維の量:616g×
0.63=388g)を20メッシュの金網上に載せて
電気炉に入れた。炉内には、酸素濃度が11%の窒素ガ
スを送り込むとともに、発生したガスとともに排気する
ようにした。
た。このとき、炉内の酸素濃度を測定したところ、1
0.2体積%であった。30分経過後、CFRP中のプ
ラスチックは熱分解してなくなっており、380gの炭
素繊維のみが残され、炭素繊維の回収率は98%であっ
た。
時間としたところ、回収率は97.5%であった。
時間としたところ、回収率は79%であった。
ころ、加熱開始から2分後にCFRPが燃え上がり、燃
焼が15分ほど続き、自然消火した。残存した炭素繊維
の重量を測定したところ、213gであり、酸化、減量
が進んでいて回収率は55%にとどまった。
理したが、処理はほとんど進まず、処理前とほとんど変
わらない、610gのCFRPが残存した。
を40分としたところ、回収率は63%であった。処理
温度が高いため、炭素繊維の酸化、減量が進んだためで
ある。
〜18体積%の範囲内で、温度が300〜600℃の範
囲内のガス雰囲気下で燃焼させないで処理し、プラスチ
ックを熱分解するので、実施例と比較例との対比からも
明らかなように、CFRPから炭素繊維を高収率で回収
することができるようになり、CFRPの埋立処理を不
要とするばかりか、炭素繊維の再利用が可能になる。
Claims (3)
- 【請求項1】炭素繊維強化プラスチックを、酸素濃度が
3〜18体積%の範囲内で、温度が300〜600℃の
範囲内のガス雰囲気下で燃焼させないで処理し、プラス
チックを熱分解することを特徴とする、炭素繊維強化プ
ラスチックの処理方法。 - 【請求項2】破砕した炭素繊維強化プラスチックを、酸
素濃度が3〜18体積%の範囲内で、温度が300〜6
00℃の範囲内のガス雰囲気下で燃焼させないで処理
し、プラスチックを熱分解して炭素繊維を回収すること
を特徴とする、炭素繊維強化プラスチックの処理方法。 - 【請求項3】炭素繊維強化プラスチックを、酸素濃度が
3〜18体積%の範囲内で、温度が300〜600℃の
範囲内のガス雰囲気下で燃焼させないで処理し、プラス
チックを熱分解して炭素繊維を回収することを特徴とす
る、炭素繊維強化プラスチックから炭素繊維を回収する
方法。
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JP25144592A JP3180463B2 (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | 炭素繊維強化プラスチックの処理方法 |
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