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《深圳大学》 2017年
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碳纤维增强复合材料的电化学回收方法研究

陈丕钰  
【摘要】:碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)在航空航天、土木建筑、工业制造和体育用品等领域应用越来越广。碳纤维增强水泥基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Cementitious composite,CFRC)在建筑加固与防护领域处于不断的研究应用阶段,未来有希望取代CFRP材料。巨大的碳纤维增强复合材料消费量,带来了严重的废弃物问题,亟需进行回收处理。国内外学者对回收碳纤维进行了研究开发,主要发展了三大回收体系:机械回收法、热分解回收法和化学溶剂回收法。这些回收方法存在的不足之处主要有回收碳纤维力学性能下降较大,回收条件苛刻等,例如数百摄氏度的温度、几兆帕到二十几兆帕的压强、高浓度的酸碱化学试剂等,阻碍了回收技术的应用发展。为了发展常压低温条件、操作简单,回收碳纤维性能优良的的回收方法,本论文选择电化学法对CFRP和CFRC进行回收研究。针对上述目的,本文设计、开展和完成了相关系列的研究,主要包括:1)电化学法回收CFRP的性能研究。首先在常温下进行电流与NaCl参数优化实验,选出较优参数,加入自行设计溶液A催化剂进行再次优化实验,在此基础上最后进行高温(T系列)回收实验。通过CFRP性能变化、碳纤维回收量、回收碳纤维力学性能和表面微观与化学结构,评估回收效果,探究回收规律。结果表明,施加大电流(≥62.5mA)未能回收到碳纤维,反而造成CFRP严重劣化;在较高NaCl浓度(≥x2)环境作用小电流,可以回收碳纤维。电流越小碳纤维除胶率和拉伸强度越高,提高NaCl浓度有利于碳纤维回收。催化剂A大幅提高了碳纤维回收量,加剧碳纤维表面氧化,降低回收拉伸强度。提高反应温度,加快环氧树脂的降解速度,增大碳纤维回收量,缩短回收周期,降低碳纤维的氧化程度,提高拉伸强度。最佳参数的碳纤维拉伸强度为89.83%(vsVCF),高于机械回收法,稍优于热分解法,低于化学溶剂法。2)电化学法回收CFRC的性能研究。基于CFRP回收研究,设置小电流和较高NaCl浓度参数,使用自行设计和研发的溶液B作为催化剂进行CFRC回收实验,再进行高温(T系列)回收实验。结果表明,催化剂B在回收中起到非常重要的影响,低浓度B环境下水泥基材料劣化不足;z3的浓度B环境下,碳纤维回收量最大,各项性能均较好;高浓度B环境造成碳纤维劣化严重,力学性能下降。电流和NaCl浓度参数对碳纤维性能的影响较小。提高温度加快回收速度,缩短了回收周期,提高碳纤维回收量和拉伸强度,温度越高,碳纤维表面氧化越严重。最佳参数的碳纤维拉伸强度达到89.58%(vsVCF)。
【学位授予单位】:深圳大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ327.3;TB332

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