近临界水分解碳纤维/环氧复合材料层合板的实验研究

摘要

碳纤维/环氧复合材料广泛应用于航天、体育、医疗等领域，由于其不能在高温熔融也不能在溶剂中溶解，因此对其废弃物进行分解回收成为一个非常棘手的问题。
　　本实验利用近临界水成功对碳纤维/环氧复合材料层合板进行了分解，回收得到碳纤维。首先探讨了不同反应条件对层合板分解特性的影响，研究发现随着温度的升高和时间的延长，环氧树脂的分解率增加；而投料比对环氧树脂的分解率影响较小；随溶剂量增加，环氧树脂的分解率会先增加后减少；在水中加入硫酸、氢氧化钾后，环氧树脂的分解率增加，氢氧化钾的催化效果要好于硫酸的催化效果；增加层合板层数会使环氧树脂的分解率下降。
　　利用扫描电镜、金相显微镜、单丝拉伸和气质联用等测试手段，对层合板的固相和液相分解产物进行了表征。扫描电镜观察表明在较高分解率下可以得到表面清洁的碳纤维；单丝拉伸测试表明回收碳纤维的拉伸强度为原纤维的98％，纤维损伤很小；气质联用(GC-MS)测试表明，液相分解产物主要为 n-羟基苯甲亚氨酸甲酯、苯酚、对异丙基苯酚和对异丙烯基苯酚。随着温度的增加、时间的延长以及催化剂浓度的增加，这四种物质所占比例也随之增加。
　　使用回收碳纤维制备再生环氧复合材料，并对其力学性能进行了测试，发现再生复合材料的拉伸强度为原生复合材料的92.85%、弯曲强度为原生复合材料的96.47%，说明使用近临界水回收得到的碳纤维完全可以再次使用。
　　最后利用ANSYS软件对近临界水中碳纤维/环氧复合材料层合板的应力和应变进行了分析。结果表明外界温度和压力对层合板的X、Y方向的应力和应变的作用方向是不同的。文中还分析了层合板层数对层合板应力和应变的影响，增加层合板层数会使层合板的剪切应力、剥离应力以及Y方向的应变增加，但会使X方向的应变减少。

目录

近临界水分解碳纤维/环氧复合材料层 合板的实验研究

RESEARCH ON RECYCLING OF CARBON FIBRE/EPOXY COMPOSITE LAYER PLATE IN NEAR CRITICAL WATER

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 高分子材料分解回收利用现状

1.3 本实验研究的内容

第2章 实验材料和研究方法

2.1 实验仪器

2.2 实验原料

2.3 层合板的分解及分解产物的研究

2.4 回收纤维的再利用

第3章 近临界水中层合板分解行为的研究

3.1 碳纤维/环氧树脂层合板的分解工艺研究

3.2 碳纤维/环氧树脂层合板分解产物的表征

3.3 回收纤维的再利用

3.4 本章小结

第4章 层合板分解过程中的力学特性

4.1 ANSYS软件的简介

4.2近临界水分解层合板的应力应变研究

4.3本章小结

结 论

参考文献

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致 谢