一种结合树脂对废弃碳纤维材料进行再加工成新型碳纤维复合材料及其加工方法技术

本发明专利技术提出一种结合树脂对废弃碳纤维材料进行再加工成新型碳纤维复合材料及其加工方法，所述加工方法包括如下步骤：对回收的碳纤维材料进行加工处理，以将无序排列的碳纤维整理成保持单向直线排列的碳纤维；建立碳纤维的搭接模型，得到最短搭接长度；按照建立的搭接模型选取符合搭接模型要求的单向直线排列的碳纤维作为基材；选取搭接表面断裂能量超过预设值的热塑性树脂或者环氧树脂与作为基材的碳纤维材料复合，形成新型碳纤维复合材料。采用本发明专利技术的方法能够将废弃的短碳纤维搭接成长碳纤维，对复合后得到的碳纤维复合材料相比于常规方法得到的碳纤维复合材料具有更加优异的力学性能。

A New Carbon Fiber Composite Material Made from Waste Carbon Fiber Material by Combining Resin and Its Processing Method

【技术实现步骤摘要】
一种结合树脂对废弃碳纤维材料进行再加工成新型碳纤维复合材料及其加工方法
本专利技术涉及废弃碳纤维回收再利用
，尤其涉及一种结合树脂对废弃碳纤维材料进行再加工成新型碳纤维复合材料及其加工方法。
技术介绍
如今，随着碳纤维复合材料在航空航天领域大规模使用，让航空航天设备制造商开始着手研究回收碳纤维废料的可行性。2010年，随着法国空客公司A380的生产，每年大约产生100吨的废弃碳纤维，而随着时间的推移，目前，法国空客公司每年有超过500吨的废弃碳纤维等待处理，针对这些碳纤维复合材料的回收已经研究了多年【1】，特别是法国的空中客车公司，它共同资助了回收碳纤维复合材料项目(RECCO)，虽然此项目解决了从航空工业废物中利用热解法回收碳纤维废物的技术问题【2、3】，但是却没用解决如何利用这些经过热解处理的回收碳纤维半成品重新开发出强度较高的新型复合材料的问题。目前，对预处理过的回收碳纤维再加工技术主要有两种类型：1.“热塑”技术：此技术是目前最成功的商业化技术(见图1a)，它是通过将基底注射到装有约30％预处理过的废弃碳纤维基体中【4】，但是在注射基底过程中，无法控制短碳纤维的搭接及直线排列，导致了最终得到的产品，强度很低，无法发挥出碳纤维复合材料高强度的性能；2.“热固”技术：此技术基于传统碳纤维复合材料生产技术-树脂转注成型(RTM)(见图1b)，将预处理过的废弃碳纤维进行一个简单的整理铺设到RTM模具中，再向模具中注入热固性基底，一些企业确实得到了强度达到约350MPa的产品，但是这些热固性树脂的作用反应时间过长，不能应用在正常生产中【5】。【1】Pointsurlerecyclagedescompositesthermodurcissables；FrédéricRuch-Cetim-Cermat；2011【2】J.Lachaud,N.Mansour,S.White,B.Laub,JM.Bouilly；《Modélisationdelapyrolysed’unmatériaucomposite》；congrèsSFT2008【3】《Composites:recyclageparsolvolyse》；Environnementmagazine14-08-2015【4】Y.Kageyama；《RecyclingTechnologiesofCarbonFiberCompositeMaterials》；chapt23；SpringerJapan2016；SocietyofF.S.Technology,Japan(ed.),High-PerformanceandSpecialtyFibers；2016【5】RecycledCarbonFibre–Technicaldata；NetCompositesLtd4ABroomBusinessParkBridgeWay,ChesterfieldS419QG,UK；Web:netcomposites.com鉴于上述原因，有必要提出一种如何利用经过热解法(或者化学试剂法)预处理过的工业生产中废弃的短碳纤维搭配热塑性树脂，重新开发出一款高性能的新型复合材料。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种结合树脂对废弃碳纤维材料进行再加工成新型碳纤维复合材料及其加工方法，旨在解决现有的对废弃的短碳纤维重新利用的方法中无法发挥处碳纤维复合材料高强度的性能以及加工受到限制的问题，提出一种将废弃的短碳纤维经过重新处理搭接成长碳纤维，从而提高碳纤维复合材料的力学性能的方法。为实现上述目的，本专利技术提供的一种结合树脂对废弃碳纤维材料进行再加工成新型碳纤维复合材料的加工方法，所述方法包括如下步骤：步骤10，对回收的碳纤维材料进行加工处理，以将无序排列的碳纤维整理成保持单向直线排列的碳纤维；步骤20，建立碳纤维的搭接模型，根据碳纤维的搭接模型测试得到不同搭接模型的最大拉伸强度对应的最短搭接长度；步骤30，按照建立的搭接模型选取符合搭接模型要求的单向直线排列的碳纤维作为基材；步骤40，选取搭接表面断裂能量超过预设值的树脂与作为基材的碳纤维材料复合，结合助剂，形成新型碳纤维复合材料。所述步骤40中的树脂包括热塑性树脂或者环氧树脂。优选地，所述步骤20还包括：采用仿真软件模拟经过加工处理后并按照建立的搭接模型搭接出的长碳纤维材料的力学性能；作出力学性能随搭接长度的变化而变化的图；选取力学性能最大对应的搭接长度为对应搭接模型下的最短搭接长度。优选地，所述步骤20建立的搭接模型包括：选取6层短碳纤维对称搭接，第一层短碳纤维与第二层短碳纤维外形相同，第三层和第四层短碳纤维外形相同，第五层和第六层短碳纤维与第一层和第二层短碳纤维外形相同，第一层和第二层短碳纤维与第五层和第六层短碳纤维关于第三层和第四层短碳纤维对称；搭接后的搭接长度为20mm。优选地，所述步骤30之后还包括；采用仿真软件模拟树脂的性能参数，即搭接表面断裂能量，并绘制出不同树脂材料的搭接表面断裂能量图。优选地，所述步骤40中将树脂与碳纤维复合形成新型碳纤维复合材料的方法为采用RTM成型法。此外，本专利技术还提出一种新型碳纤维复合材料，所述碳纤维复合材料采用如上任一项所述的方法加工而成。优选地，所述碳纤维复合材料具有6层短碳纤维，第一层短碳纤维与第二层短碳纤维外形相同，第三层和第四层短碳纤维外形相同，第五层和第六层短碳纤维与第一层和第二层短碳纤维外形相同，第一层和第二层短碳纤维与第五层和第六层短碳纤维关于第三层和第四层短碳纤维对称。优选地，所述6层短碳纤维的搭接长度为20mm，树脂的搭接表面断裂能量大于1.56KJ/m2。本专利技术结合树脂对废弃碳纤维材料进行再加工成新型碳纤维复合材料的加工方法包括如下步骤：步骤10，对回收的碳纤维材料进行加工处理，以将无序排列的碳纤维整理成保持单向直线排列的碳纤维；步骤20，建立碳纤维的搭接模型，根据碳纤维的搭接模型测试得到不同搭接模型的最大拉伸强度对应的最短搭接长度；步骤30，按照建立的搭接模型选取符合搭接模型要求的单向直线排列的碳纤维作为基材；步骤40，选取搭接表面断裂能量超过预设值的树脂与作为基材的碳纤维材料复合，形成新型碳纤维复合材料。采用本专利技术的方法能够将废弃的短碳纤维搭接成长碳纤维，对复合后得到的碳纤维复合材料相比于常规方法得到的碳纤维复合材料具有更加优异的力学性能。附图说明附图作为本专利技术的一部分，用来提供对本专利技术的进一步的理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：图1a为德国弗劳恩霍夫研究所利用废弃回收的废弃碳纤维+聚丙烯合成的复合材料；图1b为英国AfreCar项目；图2为本专利技术的分层复合材料搭接简图；图3为本专利技术的搭接表面剪切力－位移本构关系曲线图；图4为本专利技术的单层搭接模型中的平衡关系；图5为ABAQUS仿真模型；图6为本专利技术中6层对称搭接模型仿真模拟结果；图7为真实6层对称搭接短碳纤维板拉伸测试后断裂示意图；图8为真实6层对称搭接短碳纤维板拉伸测试曲线图；图9为本专利技术中真实6层对称搭接短碳纤维测试结果与仿真模拟结果对比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合树脂对废弃碳纤维材料进行再加工成新型碳纤维复合材料的加工方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤10，对回收的碳纤维材料进行加工处理，以将无序排列的碳纤维整理成保持单向直线排列的碳纤维；步骤20，建立碳纤维的搭接模型，根据碳纤维的搭接模型测试得到不同搭接模型的最大拉伸强度对应的最短搭接长度；步骤30，按照建立的搭接模型选取符合搭接模型要求的单向直线排列的碳纤维作为基材；步骤40，选取搭接表面断裂能量超过预设值的树脂与作为基材的碳纤维材料复合，结合助剂，形成新型碳纤维复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种结合树脂对废弃碳纤维材料进行再加工成新型碳纤维复合材料的加工方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤10，对回收的碳纤维材料进行加工处理，以将无序排列的碳纤维整理成保持单向直线排列的碳纤维；步骤20，建立碳纤维的搭接模型，根据碳纤维的搭接模型测试得到不同搭接模型的最大拉伸强度对应的最短搭接长度；步骤30，按照建立的搭接模型选取符合搭接模型要求的单向直线排列的碳纤维作为基材；步骤40，选取搭接表面断裂能量超过预设值的树脂与作为基材的碳纤维材料复合，结合助剂，形成新型碳纤维复合材料。2.根据权利要求1所述的结合树脂对废弃碳纤维材料进行再加工成新型碳纤维复合材料的加工方法，其特征在于，所述步骤40中的树脂包括热塑性树脂或者环氧树脂。3.根据权利要求1所述的结合树脂对废弃碳纤维材料进行再加工成新型碳纤维复合材料的加工方法，其特征在于，所述步骤20还包括：采用仿真软件模拟经过加工处理后并按照建立的搭接模型搭接出的长碳纤维材料的力学性能；作出力学性能随搭接长度的变化而变化的图；选取力学性能最大对应的搭接长度为对应搭接模型下的最短搭接长度。4.根据权利要求3所述的结合树脂对废弃碳纤维材料进行再加工成新型碳纤维复合材料的加工方法，其特征在于，所述步骤20建立的搭接模型包括：选取6层短碳纤维对称搭接，第一层短碳纤维与第二层短碳纤维外形相同，第三层和第四层短碳纤维外形相同，第五层和第六层短碳纤维与第一层和第二层短碳纤维外形相同，第一层和第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：施洋，
申请(专利权)人：施洋，
类型：发明
国别省市：北京,11