JP7328019B2 - 強化複合材料を再生する方法 - Google Patents
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Description
例えば、低酸素状態で500~700℃の高温で炭素繊維強化プラスチックを処理することで、母材である樹脂成分を熱分解させて炭素繊維のみを回収する方法である。また、二段階熱分解法という技術も開発された。その技術は、一段階目である程度まで樹脂成分を熱分解し、そこから可燃性ガスを回収する。そのガスを加熱用の燃焼ガスとして活用することで、燃料の消費を低減する。その後、二段階目で再び熱分解し、繊維表面に残った樹脂成分を熱分解して除去する方法である(例えば、特許文献1参照。)。
例えば、水素タンクは、耐衝撃性や耐擦傷性を向上し、更に外部との電気絶縁性を付与するために、炭素繊維強化プラスチックで成型されたタンクの外周部にガラス繊維強化プラスチックで覆っている。また、自動車のボディーには通常塗料が塗られているが、意匠性向上のために、塗料と共にアルミペーストが使われていることが多い。
このような構造材料にも適応できる、強化材の再生方法が求められている。
〔1〕
a)処理溶液及び/又は熱を用いて、強化複合材料の母材と強化材とを分離する工程、
b)前記母材が除去された強化材を洗浄、乾燥することで、前記強化材を再生する工程、
c)再生した前記強化材を基材に加工する工程、
d)得られた前記基材と母材と複合化することで、強化複合材料を再生する工程
を含み、
前記a)の工程を2回以上の複数回繰り返し、
前記a)の工程に用いる前記強化複合材料が、第1種類の母材と第1種類の強化材とで構成される第1の強化複合材料と、第2種類の母材と第2種類の強化材とで構成される第2の強化複合材料と、が接着剤で接着されている構造材料であり、前記強化材が炭素繊維を含み、
前記a)の工程は、
前記第1種類の母材と前記第1種類の強化材とを分離する1回目のa)の工程、及び、前記第2種類の母材と前記第2種類の強化材とを分離する2回目のa)の工程を行い、
a1)硫酸を電気分解することによって、酸化性活性種を含む処理溶液を得る工程と、
a2)前記処理溶液に、前記強化複合材料を浸漬して、母材を分解、除去する工程と、
を含む、強化複合材料を再生する方法。
〔2〕
前記強化材が、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維、有機系高強度繊維、無機系充填材、金属系充填材、カーボンナノチューブ、セルロースナノファイバーからなる群から選ばれる少なくとも1つをさらに含む、〔1〕に記載の強化複合材料を再生する方法。
〔3〕
前記強化材が、炭素繊維、ガラス繊維、カーボンナノチューブからなる群から選ばれる少なくとも1つを含み、再生した前記強化材の繊維長が20mm以上である、〔2〕に記載の強化複合材料を再生する方法。
〔4〕
前記d)の工程において、前記基材を連続混繊糸又は不織布にする、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の強化複合材料を再生する方法。
〔5〕
〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の強化複合材料を再生する方法を用いて、再生する前の前記強化複合材料を航空機、自動車、宇宙船、船舶、汽車からなる群から選ばれる少なくとも1つの輸送機器に使用し、再生した前記強化複合材料を再び輸送機器に使用する、強化複合材料の循環型社会を実現する方法。
本実施形態の強化複合材料とは、樹脂等の母材中に繊維やフィラー等の異種材料である強化材を複合化することによって、強度が向上された材料である。複合化の手法は、特に限定されることなく、水素結合や分子間力等の相互作用を利用する手法であってよく、分散、付着、接着、吸着、担持、配置等としてよい。
強化複合材料は、母材、強化材、その他の添加剤等を含んでよい。
本実施形態の強化材とは、強化複合材料の母材となるマトリックス樹脂に複合化又は分散される材料のことで、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維、有機系高強度繊維、無機系充填材、カーボンナノチューブ、セルロースナノファイバー等が挙げられる。
ガラス繊維とは、ガラスを融解、牽引して繊維状にしたものである。
金属繊維とは、塑性加工(圧延等)のほか,溶融紡糸法,CVD法等により、ステンレス,アルミニウム,鉄,ニッケル,銅等の金属を糸状に加工したものである。
有機系高強度繊維とは、ポリアミド、ポリエステル、アクリル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリイミド等の樹脂を繊維化したものである。
連続繊維とは、すべての繊維が互いに平行に並んでいる一方向層の形態で用いられる長繊維のことで、編んだり、織ったりして用いることができる。また一方向層を様々な方向に積層することで擬似等方性や直交性、異方性のある板をつくることができる。
不織布とは、繊維を織らずに絡み合わせたシート状のものである。不織布は繊維を熱・機械的又は化学的な作用によって接着又は絡み合わせる事で布にしたものを指す。
これら元素を含む無機化合物としては、例えば、酸化物(複合酸化物を含む)、ハロゲン化物(フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物)、オキソ酸塩(硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、過塩素酸塩、炭酸塩等)、一酸化炭素、二酸化炭素及び二硫化炭素等の陰性の元素と上記元素とから形成される化合物、並びに、青酸、青酸塩、シアン酸塩、チオシアン酸塩及び炭化物等の塩が挙げられる。
1つの無機系充填材は、上記元素のうち1種又は2種以上を含んでいてもよい。複数種の元素は、粒子中に均一に存在していても、偏在していてもよく、ある元素の化合物の粒子の表面が、別の元素の化合物によって被覆されていてもよい。これら無機系充填材は、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用してもよい。
このなかでも好ましい無機系充填材は、特に限定されるものではないが、例えば、シリカ、ジルコニア、チタン、亜鉛、鉄、銅、クロム、カドミウム、炭素、タングステン、アンチモン、ニッケル、及び白金からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む。
本実施形態の母材とは、強化複合材料のマトリックスとして用いられる樹脂のことで、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂が用いられる。
その他の添加剤としては、特に限定されず、難燃剤、熱安定剤、酸化防止剤、光吸収剤、離型剤、滑剤、各種安定剤、帯電防止剤、染顔料や、前述の複合化において用いられる各種反応剤等が挙げられる。
本実施形態では、強化複合材料におけるその他の添加剤の含有量としては、強化複合材料を100質量%として、0.01質量%以下、80質量%以下としてよい。
構造材料とは、母材と強化材とを含む強化複合材料に、異なる樹脂材料や異なる複合強化材料が接着されて構成されている材料を指す。構造例を図1に示す。
例えば、水素タンクは、耐衝撃性や耐擦傷性を向上し、更に外部との電気絶縁性を付与するために、炭素繊維強化プラスチックで成型されたタンクの外周部にガラス繊維強化プラスチックで覆っている。また、自動車のボディーには通常塗料が塗られているが、意匠性向上のために、塗料と共にアルミペーストが使われていることが多い。
本実施形態の強化材の再生方法は、処理溶液及び/又は熱を用いるものとしてよく、電解硫酸法を用いるものが好ましい。
A)硫酸を電気分解することによって、酸化性活性種を含む処理溶液を得る工程、
B)前記処理溶液に、使用後又は製造工程から廃棄される端材である前記強化複合材料を浸漬して、母材を分解、除去する工程、
C)前記母材が除去された強化材を洗浄、乾燥することで、前記強化材を再生する工程、
を含む。
本実施形態において、前述の本実施形態の強化材の再生方法を用いて製造される、強化材、中間基材、強化複合材料の詳細について、以下に記載する。
また、本実施形態において、前述の本実施形態の強化材の再生方法により再生したとき、再生した強化材の強度が再生する前の強化材の強度の90%以上であり、かつ強化材の再生前後での形状保持率が80%以上であることが好ましい。
なお、強化材の強度は、後述の実施例に記載の方法で測定されるものをいう。また、再生前後での形状保持率は、後述の実施例に記載の方法で測定されるものをいう。
本実施形態の中間基材は、再生した強化材を含む連続繊維又は不織布としてよい。
なお、強化複合材料の強度は、後述の実施例に記載の方法で測定されるものをいう。
本実施形態の強化複合材料の再生方法は、前述の本実施形態の強化材の再生方法を用いるものであり、
a)処理溶液及び/又は熱を用いて、強化複合材料の母材と強化材とを分離する工程
b)前記母材が除去された強化材を洗浄、乾燥することで、前記強化材を再生する工程、
c)再生した前記強化材を基材に加工する工程、
d)得られた前記基材と母材と複合化することで、強化複合材料を再生する工程
を含み、
前記a)の工程を2回以上の複数回繰り返し、
前記a)の工程に用いる前記強化複合材料が、異なる2種類の以上の母材及び/又は異なる2種類以上の強化材で構成される強化複合材料からなる。
a)の工程が、
a1)硫酸を電気分解することによって、酸化性活性種を含む処理溶液を得る工程、
a2)前記処理溶液に、前記強化複合材料を浸漬して、母材を分解、除去する工程、
を含む。
本実施形態の強化複合材料の循環型社会を実現する方法は、前述の本実施形態の強化複合材料の再生方法を用いるものであり、
再生する前の前記強化複合材料を航空機、自動車、宇宙船、船舶、汽車からなる群から選ばれる少なくとも1つの輸送機器に使用し、再生した前記強化複合材料を再び前記輸送機器に使用するものとしてよい。
強化材:各実施例及び比較例に記した強化材100質量部
母材:
・エポキシ樹脂:
エピコート828(ジャパンエポキシレジン株式会社製)20質量部
エピコート834(ジャパンエポキシレジン株式会社製)20質量部
エピコート1001(ジャパンエポキシレジン株式会社製)25質量部
エピコート154(ジャパンエポキシレジン株式会社製)35質量部
・硬化剤:DICY7(ジャパンエポキシレジン株式会社製)4質量部
・リン化合物:ノーバレッド120(燐化学工業株式会社製)3質量部
・硬化促進剤:オミキュア24(ピイ・ティ・アイジャパン株式会社製)5質量部
・ポリビニルホルマール:ビニレックK(チッソ株式会社製)5質量部
(a)各エポキシ樹脂原料とポリビニルホルマールとを150~190℃に加熱しながら1~3時間攪拌し、ポリビニルホルマールを均一に溶解する。
(b)樹脂温度を90℃~110℃まで降温し、リン化合物を加えて20~40分間攪拌する。
(c)樹脂温度を55~65℃まで降温し、ジシアンジアミド、及び3-(3,4-ジクロロフェニル)-1,1-ジメチルウレアを加え、該温度で30~40分間混練後、ニーダー中から取り出して樹脂組成物を得る。
(d)調製した樹脂組成物をリバースロールコータを用いて離型紙上に塗布して樹脂フィルムを作製した。樹脂フィルムの単位面積あたりの樹脂量は、25g/m2とした。
(e)次に、単位面積あたりの強化材重量が100g/m2となるように、強化材をシート状に均一に整列させ、上記樹脂フィルムを強化材の両面から重ね、加熱加圧して樹脂組成物を含浸させ、一方向プリプレグを作製した。
強化材の強度を以下の方法にて測定した。
繊維状の強化材については、万能引っ張り試験機(株式会社島津製作所製EZ TEST-5N)を用いて23℃、引っ張り速度:1.5mm/分にて長さ方向の強度を測定した。強度としては任意の80個の繊維状の強化材の平均を用いた。
粒子状の強化材については、微小圧縮試験機(株式会社島津製作所製MCT-510)を用いて23℃、負荷加重:1000mNにて強度を測定した。
強度としては任意の50個の粒子状の強化材の平均を用いた。
強化材の強度比(%)は、下記式にて算出した。
強化材の強度比(%)=100×(強化複合材料から分離回収した強化材の強度/複合化前の強化材の強度)
形状保持率の算出は、走査型プローブ顕微鏡(株式会社島津製作所製SPM-9700)を用いて、強化材の直径を測定し、再生前後での直径の比率を計算することによって、行った。
繊維状の強化材については、幅方向の直径を測定した。直径としては任意の10個の繊維状の強化材の平均を用いた。
粒子状の強化材については、長径及び短径の平均を測定し、その平均の値の任意の10個の粒子状の強化材についての平均を用いた。
形状保持率(%)は、下記式にて算出した。
形状保持率(%)=100×(強化複合材料から分離回収した強化材の直径/複合化前の強化材の直径)
図1における外部の強化複合材料の強化材A1として、ガラス繊維:RS440 RR-520(日東紡績株式会社製)を用いた。
図1における内部の強化複合材料の強化材A2として、炭素繊維:トレカT700SC-12K-50C(東レ株式会社製)を用いた。
上記2つの強化複合材料をそれぞれ作成した後、強化材を添加しない母材を接着層として張り合わせ、150℃、30分間で硬化することで構造材を作成した。
強化複合材料からの強化材の分離回収方法は、電解硫酸法を用いた。
具体的には、電極面積7cm2のダイヤモンド電極を用い、電極を水冷しながら、隔膜式の電解セル内で濃度60%の硫酸水溶液を電気分解して酸化性活性種を含む処理用溶液を作製した。1回で電気分解する硫酸水溶液の量は100mLであった。電流は0.3~1.0A/cm2、電圧は17~20V、処理時間は120分であった。
作製した酸化性活性種を含む処理用溶液500mLに、強化複合材料200gを処理溶液に浸漬した。
1段階目として内部の強化複合材料をテフロン(登録商標)のシールテープで保護して150℃、5時間で外部の強化複合材料を浸漬処理し、外部の強化複合材料の母材を分解して強化材A1を分離回収した。
その後、2段階目に内部の強化複合材料を保護していたシールテープを外して150℃、5時間で内部の強化複合材料を浸漬処理し、内部の強化複合材料の母材を分解して強化材A2を分離回収した。
分離回収された強化材A2の特性の評価結果を下記表1に示す。
図1における外部の強化複合材料の強化材A1として、アラミド繊維:ケブラー29(東レ・デュポン株式会社製)を用いた。
図1における内部の強化複合材料の強化材A2として、炭素繊維:トレカT700SC-12K-50C(東レ株式会社製)を用いた。
上記2つの強化複合材料をそれぞれ作成した後、強化材を添加しない母材を接着層として張り合わせ、150℃、30分間で硬化することで構造材を作成した。
強化複合材料からの強化材の分離回収方法は、実施例1と同様の方法にて強化材を分離回収し評価を行った。
分離回収された強化材A2の特性の評価結果を下記表1に示す。
図1における外部の強化複合材料の強化材A1として、シリカ粒子:SO-C4(株式会社アドマテックス製)を用いた。
図1における内部の強化複合材料の強化材A2として、炭素繊維:トレカT700SC-12K-50C(東レ株式会社製)を用いた。
上記2つの強化複合材料をそれぞれ作成した後、強化材を添加しない母材を接着層として張り合わせ、150℃、30分間で硬化することで構造材を作成した。
強化複合材料からの強化材の分離回収方法は、実施例1と同様の方法にて強化材を分離回収し評価を行った。
分離回収された強化材A2の特性の評価結果を下記表1に示す。
図1における外部の強化複合材料の強化材A1として、カーボンナノチューブ:ZEONANO SG1010(ゼオンナノテクノロジー株式会社製)を用いた。
図1における内部の強化複合材料の強化材A2として、炭素繊維:トレカT700SC-12K-50C(東レ株式会社製)を用いた。
上記2つの強化複合材料をそれぞれ作成した後、強化材を添加しない母材を接着層として張り合わせ、150℃、30分間で硬化することで構造材を作成した。
強化複合材料からの強化材の分離回収方法は、実施例1と同様の方法にて強化材を分離回収し評価を行った。
分離回収された強化材A2の特性の評価結果を下記表1に示す。
図1における外部の強化複合材料の強化材A1として、セルロースナノファイバー:BiNFi-s IMA-1005(株式会社スギノマシン製)を用いた。
図1における内部の強化複合材料の強化材A2として、炭素繊維:トレカT700SC-12K-50C(東レ株式会社製)を用いた。
上記2つの強化複合材料をそれぞれ作成した後、強化材を添加しない母材を接着層として張り合わせ、150℃、30分間で硬化することで構造材を作成した。
強化複合材料からの強化材の分離回収方法は、実施例1と同様の方法にて強化材を分離回収し評価を行った。
分離回収された強化材A2の特性の評価結果を下記表1に示す。
図1における外部の強化複合材料の強化材A1として、ガラス繊維:RS440 RR-520(日東紡績株式会社製)を用いた。
図1における内部の強化複合材料の強化材A2として、炭素繊維:トレカT700SC-12K-50C(東レ株式会社製)を用いた。
上記2つの強化複合材料をそれぞれ作成した後、強化材を添加しない母材を接着層として張り合わせ、150℃、30分間で硬化することで構造材を作成した。
強化複合材料からの強化材の分離回収方法は、熱分解法を用いた。
具体的には、作成した複合強化材料200gを燃焼炉に入れて、1段階目として窒素雰囲気下、600℃、5時間処理することによって外部の強化複合材料の母材を熱分解して強化材A1の分離回収を試みたが、強化材A1のガラス繊維が溶融してペースト状になってしまったため2段階目の作業に進むことができず、強化材A2を分離回収することができなかった。
図1における外部の強化複合材料の強化材A1として、アラミド繊維:ケブラー29(東レ・デュポン株式会社製)を用いた。
図1における内部の強化複合材料の強化材A2として、炭素繊維:トレカT700SC-12K-50C(東レ株式会社製)を用いた。
上記2つの強化複合材料をそれぞれ作成した後、強化材を添加しない母材を接着層として張り合わせ、150℃、30分間で硬化することで構造材を作成した。
強化複合材料からの強化材の分離回収方法は、熱分解法を用いた。
具体的には、作成した複合強化材料200gを燃焼炉に入れて、1段階目として窒素雰囲気下、600℃、5時間処理することによって外部の強化複合材料の母材及び強化材A1を熱分解した。その後、2段階目として窒素雰囲気下、600℃、5時間処理することによって内部の強化複合材料の母材を熱分解して強化材A2の分離回収を行った。
分離回収された強化材A2の特性の評価結果を下記表2に示す。
図1における外部の強化複合材料の強化材A1として、シリカ粒子:SO-C4(株式会社アドマテックス製)を用いた。
図1における内部の強化複合材料の強化材A2として、炭素繊維:トレカT700SC-12K-50C(東レ株式会社製)を用いた。
上記2つの強化複合材料をそれぞれ作成した後、強化材を添加しない母材を接着層として張り合わせ、150℃、30分間で硬化することで構造材を作成した。
強化複合材料からの強化材の分離回収方法は、熱分解法を用いた。
具体的には、作成した複合強化材料200gを燃焼炉に入れて、1段階目として窒素雰囲気下、600℃、5時間処理することによって外部の強化複合材料の母材を熱分解して強化材A1の分離回収を試みたが、強化材A1のシリカ粒子が溶融してペースト状になってしまったため2段階目の作業に進むことができず、強化材A2を分離回収することができなかった。
図1における外部の強化複合材料の強化材A1として、カーボンナノチューブ:ZEONANO SG1010(ゼオンナノテクノロジー株式会社製)を用いた。
図1における内部の強化複合材料の強化材A2として、炭素繊維:トレカT700SC-12K-50C(東レ株式会社製)を用いた。
上記2つの強化複合材料をそれぞれ作成した後、強化材を添加しない母材を接着層として張り合わせ、150℃、30分間で硬化することで構造材を作成した。
強化複合材料からの強化材の分離回収方法は、熱分解法を用いた。
具体的には、作成した複合強化材料200gを燃焼炉に入れて、1段階目として窒素雰囲気下、600℃、5時間処理することによって外部の強化複合材料の母材を熱分解した。その後、2段階目として窒素雰囲気下、600℃、5時間処理することによって内部の強化複合材料の母材を熱分解して強化材A2の分離回収を行った。しかし、1段階目と2段階目の熱分解を分けることはできず、外部と内部の強化複合材料の母材の熱分解が同時に進行してしまったため、強化材A1のカーボンナノチューブと強化材A2の炭素繊維の混合物が回収され、強化材A2を分離回収することができなかった。
図1における外部の強化複合材料の強化材A1として、セルロースナノファイバー:BiNFi-s IMA-1005(株式会社スギノマシン製)を用いた。
図1における内部の強化複合材料の強化材A2として、炭素繊維:トレカT700SC-12K-50C(東レ株式会社製)を用いた。
上記2つの強化複合材料をそれぞれ作成した後、強化材を添加しない母材を接着層として張り合わせ、150℃、30分間で硬化することで構造材を作成した。
強化複合材料からの強化材の分離回収方法は、熱分解法を用いた。
具体的には、作成した複合強化材料200gを燃焼炉に入れて、1段階目として窒素雰囲気下、600℃、5時間処理することによって外部の強化複合材料の母材及び強化材A1を熱分解した。その後、2段階目として窒素雰囲気下、600℃、5時間処理することによって内部の強化複合材料の母材を熱分解して強化材A2の分離回収を行った。
分離回収された強化材A2の特性の評価結果を下記表2に示す。
図1における外部の強化複合材料の強化材A1として、ガラス繊維:RS440 RR-520(日東紡績株式会社製)を用いた。
図1における内部の強化複合材料の強化材A2として、炭素繊維:トレカT700SC-12K-50C(東レ株式会社製)を用いた。
上記2つの強化複合材料をそれぞれ作成した後、強化材を添加しない母材を接着層として張り合わせ、150℃、30分間で硬化することで構造材を作成した。
強化複合材料からの強化材の分離回収方法は、過熱水蒸気法を用いた。
具体的には、作成した複合強化材料200gを燃焼炉にいれて、燃焼炉へ過熱水蒸気発生装置UPSS(トクデン株式会社製)を用いて発生させた過熱水蒸気を導入し、1段階目として窒素雰囲気下、600℃、5時間処理することによって外部の強化複合材料の母材を熱分解して強化材A1の分離回収を試みたが、強化材A1のガラス繊維が溶融してペースト状になってしまったため2段階目の作業に進むことができず、強化材A2を分離回収することができなかった。
図1における外部の強化複合材料の強化材A1として、アラミド繊維:ケブラー29(東レ・デュポン株式会社製)を用いた。
図1における内部の強化複合材料の強化材A2として、炭素繊維:トレカT700SC-12K-50C(東レ株式会社製)を用いた。
上記2つの強化複合材料をそれぞれ作成した後、強化材を添加しない母材を接着層として張り合わせ、150℃、30分間で硬化することで構造材を作成した。
強化複合材料からの強化材の分離回収方法は、過熱水蒸気法を用いた。
具体的には、作成した複合強化材料200gを燃焼炉にいれて、燃焼炉へ過熱水蒸気発生装置UPSS(トクデン株式会社製)を用いて発生させた過熱水蒸気を導入し、1段階目として窒素雰囲気下、600℃、5時間処理することによって外部の強化複合材料の母材及び強化材A1を熱分解した。その後、2段階目として窒素雰囲気下、600℃、5時間処理することによって内部の強化複合材料の母材を熱分解して強化材A2の分離回収を行った。分離回収された強化材A2の特性の評価結果を下記表2に示す。
図1における外部の強化複合材料の強化材A1として、シリカ粒子:SO-C4(株式会社アドマテックス製)を用いた。
図1における内部の強化複合材料の強化材A2として、炭素繊維:トレカT700SC-12K-50C(東レ株式会社製)を用いた。
上記2つの強化複合材料をそれぞれ作成した後、強化材を添加しない母材を接着層として張り合わせ、150℃、30分間で硬化することで構造材を作成した。
強化複合材料からの強化材の分離回収方法は、過熱水蒸気法を用いた。
具体的には、作成した複合強化材料200gを燃焼炉にいれて、燃焼炉へ過熱水蒸気発生装置UPSS(トクデン株式会社製)を用いて発生させた過熱水蒸気を導入し、1段階目として窒素雰囲気下、600℃、5時間処理することによって外部の強化複合材料の母材を熱分解して強化材A1の分離回収を試みたが、強化材A1のシリカ粒子が溶融してペースト状になってしまったため2段階目の作業に進むことができず、強化材A2を分離回収することができなかった。
図1における外部の強化複合材料の強化材A1として、カーボンナノチューブ:ZEONANO SG1010(ゼオンナノテクノロジー株式会社製)を用いた。
図1における内部の強化複合材料の強化材A2として、炭素繊維:トレカT700SC-12K-50C(東レ株式会社製)を用いた。
上記2つの強化複合材料をそれぞれ作成した後、強化材を添加しない母材を接着層として張り合わせ、150℃、30分間で硬化することで構造材を作成した。
強化複合材料からの強化材の分離回収方法は、過熱水蒸気法を用いた。
具体的には、作成した複合強化材料200gを燃焼炉にいれて、燃焼炉へ過熱水蒸気発生装置UPSS(トクデン株式会社製)を用いて発生させた過熱水蒸気を導入し、1段階目として窒素雰囲気下、600℃、5時間処理することによって外部の強化複合材料の母材を熱分解した。その後、2段階目として窒素雰囲気下、600℃、5時間処理することによって内部の強化複合材料の母材を熱分解して強化材A2の分離回収を行った。しかし、1段階目と2段階目の熱分解を分けることはできず、外部と内部の強化複合材料の母材の熱分解が同時に進行してしまったため、強化材A1のカーボンナノチューブと強化材A2の炭素繊維の混合物が回収され、強化材A2を分離回収することができなかった。
図1における外部の強化複合材料の強化材A1として、セルロースナノファイバー:BiNFi-s IMA-1005(株式会社スギノマシン製)を用いた。
図1における内部の強化複合材料の強化材A2として、炭素繊維:トレカT700SC-12K-50C(東レ株式会社製)を用いた。
上記2つの強化複合材料をそれぞれ作成した後、強化材を添加しない母材を接着層として張り合わせ、150℃、30分間で硬化することで構造材を作成した。
強化複合材料からの強化材の分離回収方法は、過熱水蒸気法を用いた。
具体的には、作成した複合強化材料200gを燃焼炉にいれて、燃焼炉へ過熱水蒸気発生装置UPSS(トクデン株式会社製)を用いて発生させた過熱水蒸気を導入し、1段階目として窒素雰囲気下、600℃、5時間処理することによって外部の強化複合材料の母材及び強化材A1を熱分解した。その後、2段階目として窒素雰囲気下、600℃、5時間処理することによって内部の強化複合材料の母材を熱分解して強化材A2の分離回収を行った。
分離回収された強化材A2の特性の評価結果を下記表2に示す。
図1における外部の強化複合材料の強化材A1として、ガラス繊維:RS440 RR-520(日東紡績株式会社製)を用いた。
図1における内部の強化複合材料の強化材A2として、炭素繊維:トレカT700SC-12K-50C(東レ株式会社製)を用いた。
上記2つの強化複合材料をそれぞれ作成した後、強化材を添加しない母材を接着層として張り合わせ、150℃、30分間で硬化することで構造材を作成した。
強化複合材料からの強化材の分離回収方法は、電解硫酸法を用いた。
具体的には、電極面積7cm2のダイヤモンド電極を用い、電極を水冷しながら、隔膜式の電解セル内で濃度60%の硫酸水溶液を電気分解して酸化性活性種を含む処理用溶液を作製した。1回で電気分解する硫酸水溶液の量は100mLであった。電流は0.3~1.0A/cm2、電圧は17~20V、処理時間は120分であった。
作製した酸化性活性種を含む処理用溶液500mLに、強化複合材料200gを処理溶液に浸漬した。比較例11では、テフロン(登録商標)のシールテープで保護せずに一括で150℃、10時間で強化複合材料の母材を分解して強化材を分離回収した。
しかし、外部と内部の強化複合材料の母材の分解が同時に進行してしまったため、強化材A1のガラス繊維と強化材A2の炭素繊維の混合物が回収され、強化材A2を分離回収することができなかった。
比較例1、5、7、10は分離回収した強化材の強度低下が大きいため、活用できる用途に制限があり、高い信頼性が必要である輸送機器用の強化複合材料に供給することができない。
比較例2~4、6、8~9、11は強化材A2を分離回収することができなかった。
Claims (5)
- a)処理溶液を用いて、強化複合材料の母材と強化材とを分離する工程、
b)前記母材が除去された強化材を洗浄、乾燥することで、前記強化材を再生する工程、
c)再生した前記強化材を基材に加工する工程、
d)得られた前記基材と母材と複合化することで、強化複合材料を再生する工程
を含み、
前記a)の工程を2回以上の複数回繰り返し、
前記a)の工程に用いる前記強化複合材料が、第1種類の母材と第1種類の強化材とで構成される第1の強化複合材料と、第2種類の母材と第2種類の強化材とで構成される第2の強化複合材料と、が接着剤で接着されている構造材料であり、前記第2種類の強化材が炭素繊維を含み、
前記a)の工程は、
前記第1種類の母材と前記第1種類の強化材とを分離する1回目のa)の工程、及び、前記第2種類の母材と前記第2種類の強化材とを分離する2回目のa)の工程を行い、
a1)硫酸を電気分解することによって、酸化性活性種を含む処理溶液を得る工程と、
a2)前記処理溶液に、前記強化複合材料を浸漬して、母材を分解、除去する工程と、
を含む、強化複合材料を再生する方法。 - 前記強化材が、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維、有機系高強度繊維、無機系充填材、金属系充填材、カーボンナノチューブ、セルロースナノファイバーからなる群から選ばれる少なくとも1つをさらに含む、請求項1に記載の強化複合材料を再生する方法。
- 前記強化材が、炭素繊維、ガラス繊維、カーボンナノチューブからなる群から選ばれる少なくとも1つを含み、再生した前記強化材の繊維長が20mm以上である、請求項2に記載の強化複合材料を再生する方法。
- 前記d)の工程において、前記基材を連続混繊糸又は不織布にする、請求項1~3のいずれか一項に記載の強化複合材料を再生する方法。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の強化複合材料を再生する方法を用いて、再生する前の前記強化複合材料を航空機、自動車、宇宙船、船舶、汽車からなる群から選ばれる少なくとも1つの輸送機器に使用し、再生した前記強化複合材料を再び輸送機器に使用する、強化複合材料の循環型社会を実現する方法。
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