本发明涉及从纤维增强部件例如废弃的纤维增强部件回收增强纤维的装置和方法。本发明的方法可以防止增强纤维的缠结并提高回收的增强纤维的循环利用。
背景技术：
压力容器包括通过细丝卷绕方法制造的碳纤维，且由于碳纤维的成本，已经需要从废弃的压力容器中对增强纤维例如碳纤维进行循环利用。
在现有技术中，已经存在许多关于增强纤维比如碳纤维的循环利用的研究。然而，传统的循环利用方法可能需要大量的时间和成本来收集和处理废弃的纤维。此外，在对废弃的压力容器的热分解或化学分解期间可能发生的增强纤维比如碳纤维的缠结会是另一个问题，该问题使循环利用从废弃的纤维部件回收的增强纤维变得困难。
以上所述仅旨在帮助理解本发明的背景技术，且不旨在表示本发明落入本领域技术人员已知的现有技术领域的范围之内。
技术实现要素：
在优选的方面，本发明提供了从废弃的纤维增强部件回收增强纤维的方法。本发明也提供了防止增强纤维缠结的方法，使得回收的增强纤维能易于循环利用。
本发明的一个方面提供了从纤维增强部件回收增强纤维的方法。该方法可以包括以下步骤：从纤维增强部件解缠增强纤维，所述纤维增强部件包含增强纤维并浸渍有树脂；通过使解缠的增强纤维经过上浆剂，给解缠的增强纤维涂敷上浆剂；以及围绕心轴卷绕涂敷有上浆剂的增强纤维。
解缠步骤可以包括：通过将纤维增强部件浸渍在膨胀剂中，使树脂膨胀；通过在从纤维增强部件解缠增强纤维时使解缠的增强纤维经过溶解剂，使树脂溶解；以及使用中间卷绕器卷绕不含树脂的增强纤维。
解缠分别可以包括任何形式的使树脂和增强纤维分离，例如，使用其他卷绕器(例如中间卷绕器)卷绕增强纤维。
如本文使用的术语“上浆剂”是指在其被涂敷或应用在材料的表面上时可以向材料例如增强碳纤维的表面提供疏水能力的试剂。优选地，膨胀剂可以是弱酸。
如本文使用的术语“弱酸”是指可部分地或不完全地分离以及向溶液例如水溶液释放或贡献少量质子的酸。弱酸的pka值可以约大于3、约大于4、约大于5或约大于6。本发明的示例性的弱酸可以包括乙酸和甲酸。
溶解剂可以适当地包括过氧化氢溶液和离子液体。
如本文使用的术语“离子液体”是指仅包括离子种类，或由离子(阳离子和阴离子)组成的液态盐的溶剂。本发明的示例性的离子溶剂可以包括阳离子，例如咪唑、吡啶、吡咯烷、季铵盐以及季膦盐，但是阴离子可以不具体限制。
优选地，由中间卷绕器卷绕的增强纤维的张力可以大于围绕心轴卷绕的增强纤维的张力。
上浆剂可以适当地包括从由下列各物组成的群组中选择出的一种或多种树脂：环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂和尼龙树脂。
本发明的另一个方面也提供了从纤维增强部件回收增强纤维的装置。该装置包括：含有膨胀剂的膨胀罐，所述膨胀剂包含弱酸且使浸渍在纤维增强部件中的树脂膨胀；含有溶解剂的溶解罐，所述溶解剂包含过氧化氢溶液和离子液体，且使浸渍在纤维增强部件中的树脂溶解；中间卷绕器，卷绕树脂被去除了的增强纤维；上浆罐，含有上浆剂，通过所述上浆剂涂敷不含树脂的增强纤维；和卷绕涂敷后的增强纤维的心轴。
该装置还可以包括张力调节器，所述张力调节器调节增强纤维的张力，使得由所述中间卷绕器卷绕的增强纤维的张力大于由所述心轴卷绕的增强纤维的张力。
根据本发明的各种示例性实施例的废弃的增强纤维的回收方法可以包括通过将纤维增强部件例如压力容器浸渍在弱酸中来使树脂膨胀并防止增强纤维缠结，因此提供了优点。
另外，通过给从纤维增强部件例如压力容器解缠的增强纤维涂敷主要由树脂构成的上浆剂可以赋予增强纤维束凝结特性和界面粘附力。因此，容器可以由使用本文说明的方法回收的增强纤维制造且回收的增强纤维可以高效地循环利用。
本发明的其他方面在下文公开。
附图说明
本发明的以上和其他目的、特征和其他优点从以下结合附图进行的详细说明中将会更清楚地被理解，其中：
图1示出根据本发明的示例性实施例的用于回收增强纤维的示例性的装置；以及
图2示出根据本发明的示例性实施例的回收增强纤维的示例性的方法。
具体实施方式
本文使用的术语仅出于说明具体的示例性实施例的目的，而并非旨在限制本发明。如本文使用，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另行明确指出。应该进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，其明确规定了所述的特征、整数、步骤、操作、元件和或组件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和或群组的存在或添加。如本文使用，术语“和/或”包括一个或多个相关联所列项目的任何和所有组合。
除非特别说明或从上下文中显而易见，如本文使用，术语“大约”应理解为在本领域正常公差范围内，例如在平均值的两个标准差内。“大约”可被理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非上下文中另外清楚地指出，本文提供的所有数值被术语“大约”修饰。
在本文中，将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例。
根据本发明的示例性实施例的从废弃的纤维增强部件回收增强纤维的方法可以包括以下步骤：将树脂从包含增强纤维且浸渍有树脂的纤维增强部件1分离并且从纤维增强部件1解缠增强纤维的步骤s100；使解缠的增强纤维经过上浆剂30来给解缠的增强纤维涂敷上浆剂30的步骤s200；以及围绕心轴500卷绕涂敷有上浆剂30的增强纤维的步骤s300。
纤维增强部件1可以是具有被增强纤维卷绕且浸渍有树脂的主体的产品。纤维增强部件1的例子可以是能够盛装压力大于大气压的液体或气体的压力容器。由于纤维增强部件提高了机械性能，它们可以经常用于燃料电池领域。纤维增强部件1可以通过可以围绕心轴500等卷绕增强纤维的细丝卷绕方法制造。
从原材料的成本来看，由昂贵的增强纤维例如碳纤维制成的废弃的纤维增强部件例如废弃的压力容器可能需要循环利用。
已经有各种关于循环利用增强纤维例如碳纤维的方法的研究。然而，在现有技术中，回收方法在收集和处理增强纤维时可能产生高额成本。此外，由于回收的增强纤维比如碳纤维束在纤维增强部件1的热分解或化学分解期间可能出现的缠结，循环利用废弃的增强纤维可能变得困难。
为了从纤维增强部件1回收这些增强纤维，首先，在步骤s100(解缠)，可以将树脂从纤维增强部件1分离，并且可以从纤维增强部件1解缠增强纤维。
从纤维增强部件1解缠增强纤维可以是主要过程。步骤s100(解缠)可以包括：步骤s110，纤维增强部件1可以被浸在膨胀剂10中，使得浸渍在纤维增强部件1中的树脂可以膨胀；步骤s120，可以从纤维增强部件1解缠增强纤维，并且可以使增强纤维经过溶解剂20，使得浸渍在纤维增强部件1中的树脂可以被溶解；以及步骤s130，不含树脂的增强纤维可以由中间卷绕器300卷绕。
步骤s110(膨胀)可以是解缠增强纤维的准备步骤。在这个步骤，浸渍在纤维增强部件1中的树脂可以被膨胀。以往，强酸例如硝酸被用来使树脂膨胀，这在增强纤维回收期间可能使解缠的增强纤维发生缠结。
优选地，根据本发明的示例性实施例，纤维增强部件1可以浸渍在ph大约为2.0到4.0的弱酸中来代替强酸例如硝酸，用于使树脂膨胀。这可以防止增强纤维的缠结。弱酸可以是乙酸或甲酸。膨胀剂10可以包括乙酸和甲酸中的任何一个。
然后，步骤s120的目的是通过将纤维增强部件1浸渍在溶解剂20中可以使膨胀的树脂溶解。通过经溶解过程分离树脂和回收废弃的增强纤维，回收的增强纤维可以易于循环利用。在步骤s120(溶解)，增强纤维可以被连续地解缠。在这个步骤s120，溶解剂20可以包括过氧化氢溶液(也称为双氧水)h2o2和离子液体。过氧化氢溶液可以溶解树脂并且离子液体可以促进溶解。
优选地，离子液体可以包括从由下列各物组成的群组中选择出的一种或多种阳离子：咪唑、吡啶、吡咯烷、季铵盐以及季膦盐。
经历溶解步骤s120的增强纤维可以在步骤s130(中间卷绕)由中间卷绕器300卷绕。中间卷绕器300可以靠近装有溶解剂20的罐子安装，使得从纤维增强部件1解缠增强纤维的作业和溶解浸渍在纤维增强部件1中的树脂的作业可以连续地被执行。
由中间卷绕器300卷绕的增强纤维的张力可以维持在可以从纤维增强部件1解缠增强纤维的程度。
可以使在解缠过程后的解缠的增强纤维在步骤s200经过上浆剂30，使得增强纤维可以被涂敷上浆剂30。步骤s200(上浆)的目的是通过给增强纤维涂敷包含树脂的上浆剂30，可以赋予增强纤维束凝结特性(agglomerativecharacteristic)和界面粘附力。
在步骤s200涂敷有上浆剂的增强纤维具有易于重复使用于制造容器等的优点。上浆剂30可以由用作溶剂的水和从由下列各物组成的群组中选择出的一种或多种树脂构成：环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂和尼龙树脂。以上浆剂的总重量为基准，上浆剂中的树脂含量可以约为1.5wt％到2.5wt％。
上文步骤可以向回收的增强纤维提供凝结特性和界面粘附力。
接下来，在步骤s300(卷绕)，涂敷有上浆剂30的增强纤维可以围绕心轴500卷绕。因此，从纤维增强部件1回收增强纤维可以完成，使得增强纤维可以被高效地循环利用。当围绕心轴500卷绕增强纤维时，卷绕方向可以与使用中间卷绕器300的卷绕过程相同。即，增强纤维可以从中间卷绕器300解缠，并且之后可以围绕心轴500重新卷绕。
为了在不间歇的情况下从纤维增强部件1高效地回收增强纤维，围绕心轴500卷绕的增强纤维的张力可以被设定为弱于由中间卷绕器300卷绕的增强纤维的张力。
由于中间卷绕器300是用于从纤维增强部件1解缠增强纤维，而心轴500是用于从中间卷绕器300解缠增强纤维且围绕其卷绕增强纤维，因此在中间卷绕器300一侧的增强纤维的张力可以大于心轴500一侧的增强纤维的张力。通过这个张力设置，增强纤维可以在不间歇的情况下被高效地回收。
通过上文说明的回收方法回收的增强纤维(例如，连续的长纤维)可一被重复使用于制作机织织物、无折皱织物(ncf)、编织物、3d趾杆增强构件等。
根据本发明的示例性实施例的用于回收废弃的增强纤维的装置包括：含有膨胀剂10的膨胀罐100，所述膨胀剂10使浸渍在纤维增强部件1中的树脂膨胀；含有溶解剂20的溶解罐200，所述溶解剂20包括过氧化氢溶液和离子液体，且溶解纤维增强部件1的树脂；卷绕从溶解罐200出来不含树脂的增强纤维的中间卷绕器300；含有涂敷增强纤维的表面的上浆剂30的上浆罐400；以及卷绕从上浆罐400出来涂敷有上浆剂的增强纤维的心轴500。
所述装置可以进一步包括调节增强纤维的张力的张力调节器，使得由中间卷绕器300卷绕的增强纤维的张力可以大于由心轴500卷绕的增强纤维的张力。
可以按顺序依次布置有膨胀罐100，在树脂膨胀期间用于使纤维增强部件1旋转的旋转手段，含有溶解剂20的溶解罐200，中间卷绕器300，含有上浆剂30的上浆罐400以及可旋转的心轴500，借助以上布置，从纤维增强部件1回收的增强纤维可以在不间歇的情况下围绕心轴500连续地卷绕，使得回收的增强纤维能易于循环利用。
另外，为了在不延迟或不间歇的情况下促进增强纤维从纤维增强部件1的回收，在中间卷绕器300一侧的增强纤维的张力可以被设定为大于心轴500一侧的增强纤维的张力。这个张力设定可以通过将张力调节器布置在中间卷绕器300附近的位置来实现。
尽管以上说明的本发明的示例性实施例是出于示出的目的，本领域的技术人员应当清楚在不违反所附权利要求中公开的要求保护的本发明的保护范围和精神的情况下，各种修改、增加和代替是可能的。