JP7241686B2 - 太陽エネルギーを使用して炭素繊維を再生するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2016年12月29日出願の「太陽エネルギーを使用する炭素繊維リサイクルのための二段階方法」(「A Two-Step Method for Carbon Fiber Recycling Using Solar Energy」)と題された中国特許出願第201611248783.0号の優先権を主張する。
本明細書は、炭素繊維リサイクルの分野に属し、特に太陽エネルギーを使用して炭素繊維を再生するための新規のシステム及び方法に関する。
本明細書による二段階方法を使用する炭素繊維をリサイクルするための装置を利用して複合炭素繊維材料から炭素繊維をリサイクルするための方法は、以下の工程:
(A)200mm×200mm×4.5mmの寸法を有する廃棄複合炭素繊維の正方形片を使用する工程;
(B)工程(A)のサンプルをサンプル台4に載せる工程;
(C)デジタル制御システムにより、サンプル台4の光スポットの温度を500℃に安定的に保つ工程;
(D)工程(B)のサンプル台4をX軸及びY軸方向に移動させて、廃棄複合炭素繊維材料を均一に加熱し、その前面及び背面をそれぞれ10分間、つまり合計20分間照射する工程;
(E)工程(D)の照射サンプルを取り出し、微細処理炉5に入れる工程;
(F)デジタル制御システムにより、微細処理炉5内の温度を550℃で安定的に制御する工程;
(G)微細処理炉内で5分間処理する工程;
(H)表面の不純物を除去して、微細処理された炭素繊維を得る工程
を含む。
(i)第1の実施形態の炭素繊維の剥離及び損傷状態は、目視検査及びデジタル画像によって判定することができる。
(ii)電子顕微鏡の走査による観察により、第1の実施形態でリサイクルされた炭素繊維の表面は滑らかに処理され、処理工程中に炭素繊維は損傷されず、樹脂の除去率は最大100%であり、各指標は望まれる条件を満たしている。
本明細書による二段階方法を使用する炭素繊維をリサイクルするための装置を利用して複合炭素繊維材料から炭素繊維をリサイクルするための方法は、以下の工程:
(A)廃棄複合炭素繊維の細長片を使用する工程;
(B)第1の実施形態と同様の工程;
(C)光スポットの温度を450℃で安定的に保つ、第1の実施形態と同様の工程;
(D)(第1の実施形態と同様に)前面及び背面をそれぞれ15分間、つまり合計30分間照射する工程;
(E)(第1の実施形態と同様);
(F)(第1の実施形態と同様)微細処理炉5内の温度を500℃に制御する工程;
(G)微細処理炉内で10分間処理する工程;
(H)(第1の実施形態と同様)リサイクルされた炭素繊維を得る工程
を含む。
本明細書による炭素繊維をリサイクルするためのソーラーシステム装置を利用する、複合炭素繊維から炭素繊維をリサイクルするための方法は、以下の工程:
(A)廃棄炭素繊維プレートの正方形片を取る工程;
(B)(第1の実施形態と同様);
(C)(第1の実施形態と同様)光スポットの温度を430℃で安定的に保つ工程;
(D)(第1の実施形態と同様に)前面及び背面をそれぞれ20分間、つまり合計40分間照射する工程;
(E)(第1の実施形態と同様);
(F)(第1の実施形態と同様)微細処理炉5内の温度を450℃に制御する工程;
(G)微細処理炉内で20分間処理する工程;
(H)(第1の実施形態と同様)リサイクルされた炭素繊維を得る工程
を含む。
本明細書による炭素繊維をリサイクルするためのソーラーシステム装置を利用する、複合炭素繊維から炭素繊維をリサイクルするための方法は、以下の工程:
(A)廃棄炭素繊維プレートの正方形片を取る工程;
(B)(第1の実施形態と同様);
(C)(第1の実施形態と同様)光スポットの温度を400℃で安定的に保つ工程;
(D)(第1の実施形態と同様に)前面及び背面をそれぞれ30分間、つまり合計60分間照射する工程;
(E)(第1の実施形態と同様);
(F)(第1の実施形態と同様)微細処理炉5内の温度を450℃に制御する工程;
(G)微細処理炉内で25分間処理する工程;
(H)(第1の実施形態と同様)リサイクルされた炭素繊維を得る工程
を含む。
(態様1)
太陽エネルギーを使用して炭素繊維含有材料から炭素繊維を再生するためのシステムであって、
太陽光集光システム;
太陽光集光システムから集光した太陽光によって処理される炭素繊維含有材料を置くためのサンプル台であって、ガス吸収管を備えるサンプル台;及び
ガス吸収管に接続されている廃ガス処理システム
を備えるシステム。
(態様2)
太陽光集光システムが
太陽光を集光する複数のヘリオスタット;及び
集光した太陽光をサンプル台に反射する複数の平面反射体
を備える、態様1に記載のシステム。
(態様3)
複数のヘリオスタットがそれぞれ複数の凹面反射ミラーを備える、態様2に記載のシステム。
(態様4)
サンプル台が、サンプル台を前後左右に動かすサーボモータによって駆動される、態様1に記載のシステム。
(態様5)
ガス吸収管がサンプル台の周囲に固定されている、態様1に記載のシステム。
(態様6)
廃ガス処理システムが、ガス吸収管に接続された除塵装置;及び除塵装置に接続されたガス吸収処理装置を備える、態様1に記載のシステム。
(態様7)
除塵装置が、濾過による除塵によって、ガス吸収管に吸収されたガスから粉塵を除去する、態様6に記載のシステム。
(態様8)
ガス吸収処理装置が、吸収剤としてアルカリ溶液を利用することによってガス中の酸性物質を吸収する、態様6に記載のシステム。
(態様9)
サンプル台で処理された炭素繊維含有材料を受け入れ加熱するための微細処理炉をさらに備える、態様1に記載のシステム。
(態様10)
微細処理炉が加熱庫、ヒートシンク及び溶融塩パイプを備える、態様9に記載のシステム。
(態様11)
加熱庫が、キャビネットライナー及びハウジングを備え、キャビネットライナーとハウジングの間の中間層が溶融塩で埋められ、ハウジングの外側には保温断熱装置が取り付けられている、態様10に記載のシステム。
(態様12)
ヒートシンクが、管状熱交換器及び漏斗形フォトマスクを備え、管状熱交換器が溶融塩をその中に含み、漏斗形フォトマスクは太陽光を太陽光集光システムから管状熱交換器に集光して、管状熱交換器内の溶融塩を加熱する、態様11に記載のシステム。
(態様13)
溶融塩パイプが、加熱庫の中間層の下端とヒートシンクの管状熱交換器の上部入口とを連通し、加熱庫の中間層の上端とヒートシンクの管状熱交換器の下部出口とを連通する、態様12に記載のシステム。
(態様14)
溶融塩の運転温度が400-580℃であり、溶融塩はKNO 3 とNaNO 3 の二元混合塩である、態様12に記載のシステム。
(態様15)
太陽エネルギーを使用して炭素繊維含有材料から炭素繊維を再生するための自動制御を達成するデジタル制御システムをさらに備え、デジタル制御システムがデータ取得装置、データ送信装置、制御ホスト及び監視ソフトウェアを備える、態様1に記載のシステム。
(態様16)
集光した太陽光からの照射によって炭素繊維強化ポリマー材料を加熱し、炭素繊維強化ポリマー材料からポリマーの第1の部分を除去すること;
ポリマーの第1の部分が除去された炭素繊維強化ポリマー材料を微細処理炉に入れること;及び
炭素繊維強化ポリマー材料を微細処理炉内で所定の温度で加熱して、炭素繊維強化ポリマー材料からポリマーの第2の部分を除去すること
を含む、太陽エネルギーを使用して炭素繊維強化ポリマー材料から炭素繊維を再生するための方法。
(態様17)
炭素繊維強化ポリマー材料が、集光した太陽光からの照射によって350-600℃の間で加熱される、態様16に記載の方法。
(態様18)
繊維強化ポリマー材料が、集光した太陽光からの照射によって加熱されて、炭素繊維強化ポリマー材料から40-80%のポリマーを除去する、態様17に記載の方法。
(態様19)
炭素繊維強化ポリマー材料が、微細処理炉内で加熱され、炭素繊維強化ポリマー材料から残留ポリマーを除去する、態様18に記載の方法。
(態様20)
炭素繊維強化ポリマー材料が、炭素繊維を含有する熱硬化性樹脂マトリックス複合材料である、態様16に記載の方法。
Claims (13)
- 太陽エネルギーを使用して炭素繊維含有材料から炭素繊維を再生するためのシステムであって、
太陽光集光システム;
太陽光集光システムから集光した太陽光によって処理される炭素繊維含有材料を置くためのサンプル台であって、ガス吸収管を備えるサンプル台;
サンプル台で処理された炭素繊維含有材料を受け入れ加熱するための微細処理炉;及び
ガス吸収管に接続されている廃ガス処理システム
を備え、
微細処理炉が加熱庫、ヒートシンク及び溶融塩パイプを備え、
加熱庫が、キャビネットライナー及びハウジングを備え、キャビネットライナーとハウジングの間の中間層が溶融塩で埋められ、ハウジングの外側には保温断熱装置が取り付けられている、
システム。 - 太陽光集光システムが
太陽光を集光する複数のヘリオスタット;及び
集光した太陽光をサンプル台に反射する複数の平面反射体
を備える、請求項1に記載のシステム。 - 複数のヘリオスタットがそれぞれ複数の凹面反射ミラーを備える、請求項2に記載のシステム。
- サンプル台が、サンプル台を前後左右に動かすサーボモータによって駆動される、請求項1から3のいずれか一項に記載のシステム。
- ガス吸収管がサンプル台の周囲に固定されている、請求項1から4のいずれか一項に記載のシステム。
- 廃ガス処理システムが、
ガス吸収管に接続された除塵装置;及び
除塵装置に接続されたガス吸収処理装置
を備える、請求項1から5のいずれか一項に記載のシステム。 - 除塵装置が、濾過による除塵によって、ガス吸収管に吸収されたガスから粉塵を除去し、ガス吸収処理装置が、吸収剤としてアルカリ溶液を利用することによってガス中の酸性物質を吸収する、請求項6に記載のシステム。
- ヒートシンクが、管状熱交換器及び漏斗形フォトマスクを備え、管状熱交換器が溶融塩をその中に含み、漏斗形フォトマスクは太陽光を太陽光集光システムから管状熱交換器に集光して、管状熱交換器内の溶融塩を加熱する、請求項1から7のいずれか一項に記載のシステム。
- 溶融塩パイプが、加熱庫の中間層の下端とヒートシンクの管状熱交換器の上部入口とを連通し、加熱庫の中間層の上端とヒートシンクの管状熱交換器の下部出口とを連通する、請求項8に記載のシステム。
- 太陽エネルギーを使用して炭素繊維含有材料から炭素繊維を再生するための自動制御を達成するデジタル制御システムをさらに備え、デジタル制御システムがデータ取得装置、データ送信装置、制御ホスト及び監視ソフトウェアを備える、請求項1から9のいずれか一項に記載のシステム。
- 集光した太陽光からの照射によって炭素繊維強化ポリマー材料を加熱し、炭素繊維強化ポリマー材料からポリマーの第1の部分を除去すること;
ポリマーの第1の部分が除去された炭素繊維強化ポリマー材料を微細処理炉に入れること;及び
炭素繊維強化ポリマー材料を微細処理炉内で所定の温度で加熱して、炭素繊維強化ポリマー材料からポリマーの第2の部分を除去すること
を含む、太陽エネルギーを使用して炭素繊維強化ポリマー材料から炭素繊維を再生するための方法。 - 繊維強化ポリマー材料が、集光した太陽光からの照射によって加熱されて、炭素繊維強化ポリマー材料から40-80%のポリマーを除去する、請求項11に記載の方法。
- 炭素繊維強化ポリマー材料が、炭素繊維を含有する熱硬化性樹脂マトリックス複合材料である、請求項11または12に記載の方法。
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