CFRP在超臨界流體中的降解實(shí)驗(yàn)及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics，CFRP）因其強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐久性好和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車(chē)工業(yè)、新能源工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但碳纖維昂貴的價(jià)格限制了CFRP的廣泛使用。在其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的邊角料、殘次品，使用過(guò)程中破壞的結(jié)構(gòu)件及超過(guò)使用期的報(bào)廢品中含有大量高性能的碳纖維材料。因此，廢舊CFRP的回收與再生利用是實(shí)現(xiàn)碳纖維廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。
　　論文以自制CFRP為研

2、究對(duì)象，結(jié)合研發(fā)的CFRP超臨界流體回收裝置，開(kāi)展了如下研究工作:
　　(1)研究了CFRP在超臨界CO2流體環(huán)境中的降解行為。分別考察了不同醇溶劑作為夾帶劑時(shí)，超臨界CO2和醇溶劑對(duì)CFRP中樹(shù)脂基體降解的協(xié)同促進(jìn)效應(yīng)。結(jié)果表明:無(wú)夾帶劑時(shí)，超臨界CO2對(duì)CFRP的降解效果不明顯;以醇類(lèi)溶劑作為夾帶劑時(shí)，超臨界CO2和醇類(lèi)夾帶劑協(xié)同作用，可有效促進(jìn)CFRP中環(huán)氧樹(shù)脂的降解，并且保溫時(shí)間、反應(yīng)溫度和夾帶劑含量與CFRP中的環(huán)氧樹(shù)脂

3、降解率正相關(guān);反應(yīng)壓力對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的降解率作用不明顯;酸性催化劑和H2O2的加入能大幅提高環(huán)氧樹(shù)脂的降解率。
　　(2)研究了超臨界甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇流體對(duì)CFRP中環(huán)氧樹(shù)脂的降解能力。通過(guò)單絲拉伸測(cè)試，并結(jié)合Weibull分析方法，計(jì)算了回收碳纖維的力學(xué)性能，并采用SEM、AFM、XPS等測(cè)試手段分析了回收碳纖維的微觀形貌和表面化學(xué)成分變化。結(jié)果表明:超臨界正丁醇對(duì)CFRP中的環(huán)氧樹(shù)脂有很好的降解能力，其次是超臨界正丙醇，

4、超臨界甲醇不適于降解CFRP。不同超臨界流體對(duì)CFRP的降解能力排序?yàn)?甲醇＜乙醇＜正丙醇＜正丁醇。在溫度為360℃、保溫時(shí)間為60min、溶劑含量為350mL時(shí)，與碳纖維原絲相比，超臨界正丙醇和超臨界正丁醇回收碳纖維的強(qiáng)度保持率在98％以上，回收的碳纖維表面幾乎無(wú)樹(shù)脂殘留，微觀形貌與碳纖維原絲保持一致。
　　(3)研究了CFRP在超臨界醇溶劑中的降解動(dòng)力學(xué)。首先建立了降解反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型;依據(jù)CFRP在超臨界醇流體中不同反應(yīng)溫度