超临界正丙醇高效回收废旧碳纤维/环氧树脂复合材料的关键技术及机理

超临界正丙醇化学回收法是一种新的高效回收废旧碳纤维/环氧树脂复合材料的方法，目前在技术和理论方面均缺乏深入细致的研究。本项目依据对碳纤维/环氧树脂复合材料组成和结构特点的分析，通过对环氧树脂降解规律和回收碳纤维力学性质的影响因素探讨，系统全面地研究超临界正丙醇回收碳纤维/环氧树脂废旧材料的影响因素及影响规律。优化回收工艺，使得回收的碳纤维保留最大的原始属性，基体环氧树脂降解为可再使用的低分子化工原料。根据不同温度下树脂的质量随时间的变化，建立超临界正丙醇环境中环氧树脂降解反应的动力学模型，结合降解产物的分子组成和结构的分析，研究超临界正丙醇中环氧树脂的降解机理及催化降解机理，为类似的热固性材料的超临界回收技术奠定理论基础。本项目的实施，不仅有助于解决全球环境污染和资源枯竭问题，而且其中高性能碳纤维的回收，也将促进碳纤维及碳纤维复合材料行业的快速发展，具有较强的科学意义和实用价值。

CFRP的再资源化对满足市场对低成本碳纤维的需求、减少环境污染及实现社会的可持续发展有重要意义。目前的再资源化方法回收的碳纤维力学性能损失大、长径比小并且不能实现基体树脂的循环利用。为实现CFRP的高效再资源化，本项目首先研究了纯环氧树脂固化体系在超临界正丙醇中降解的影响因素和降解机理，在此基础上研究了超临界正丙醇化学回收CF/EP复合材料的影响因素，为开发废旧CFRP的无害、低损、经济的回收技术奠定了基础。.以DGEBA/TETA固化体系为回收处理对象，研究了温度、时间、催化剂等对环氧树脂固化体系在超临界正丙醇中降解的影响。结果表明，超临界正丙醇中DGEBA/TETA固化材料在280℃开始缓慢降解，290-330℃之间降解过程对温度十分敏感，降解温度高于材料的起始热分解温度（惰性气氛）时降解迅速而完全。随降解时间的延长，DGEBA/TETA固化材料的消除存在加速现象。降解产物的种类取决于降解的温度，与降解时间无关。KOH降低了DGEBA/TETA固化材料的降解温度，提高了降解效率。利用GC-MS、元素分析和不凝结气体成分分析，发现DGEBA/TETA固化材料的降解产物主要为苯衍生物和苯酚衍生物，降解温度高于起始热分解温度时，降解产物复杂化。.利用试值计算法和图解法确定了动力学参数。超临界正丙醇中固化体系的非催化降解和KOH催化降解均为一级反应，对应的活化能分别为149kJ/mol和90.9kJ/mol。.通过对降解产物和实验现象的分析，阐明了DGEBA/TETA固化材料的降解机理。超临界正丙醇中，DGEBA/TETA固化材料的催化降解和非催化降解均为氢解和诱导热解共同作用机理，降解历程相似：介质向试样内部扩散；DGEBA的线型链段部分首先断裂；DGEBA和TETA的交联部位断裂；降解产物向溶剂介质扩散。.以聚丙烯腈基碳纤维增强的TGDDM/DDS基复合材料为处理对象，研究了回收温度、处理时间、催化剂等因素对超临界正丙醇回收CFRP复合材料的影响。随回收温度的提高，复合材料的分解效率提高，但回收碳纤维的力学性质随之降低。0.07mol/lKOH作用下310℃处理30min即可将包裹碳纤维的树脂去除干净。随处理时间的延长，复合材料的分解速率减小，回收碳纤维的强度降低。少量的KOH即可有效提高CF/EP复合材料的回收效率。随KOH用量的提高，复合材料的分解速率没有