酸素の排除は、熱分解を成功させる上で最も重要な単一の要因です。真空または窒素雰囲気は、炭素繊維が燃焼することなくポリマーマトリックスが熱的に分解することを保証するために不可欠です。この制御された環境がなければ、高温は燃焼を引き起こし、回収しようとしている繊維の構造的完全性と表面品質を破壊してしまいます。
CFRPの熱分解の主な目的は、強化材を焼却することではなく、樹脂を強化材から分離することです。酸素のない環境は、マトリックスをガスに分解させ、酸化アブレーションを防ぎ、回収された繊維が元の機械的強度を維持することを保証します。
制御された分解のメカニズム
樹脂と繊維の分離
熱分解プロセスでは、複合繊維強化ポリマー（CFRP）を450°Cから700°Cの温度に加熱する必要があります。これらの温度で、繊維を保持しているポリマーマトリックスが分解し始めます。
熱分解対燃焼
酸素が存在する場合、これらの温度は材料を発火させます。真空または窒素雰囲気を使用することにより、燃焼ではなく熱分解を起こさせます。これにより、固体ポリマー樹脂が気体または液体の副生成物に変わり、除去されて繊維が残ります。
繊維の完全性の保護
酸化アブレーションの防止
炭素繊維は、高温での酸化に非常に敏感です。加熱段階中に酸素が繊維に接触すると、酸化アブレーションを引き起こし、事実上繊維の表面を侵食します。
機械的強度の維持
回収された炭素繊維の価値はその強度にあります。真空炉または窒素炉の不活性雰囲気は、繊維表面の完全性の保護を最大化します。これにより、リサイクルされた材料が高性能用途での再利用に必要な機械的特性を維持することが保証されます。
トレードオフの理解：真空対窒素
熱伝達メカニズム
炉の選択が加熱にどのように影響するかを理解することが重要です。真空炉では、空気の不在により対流による熱伝達が防止されます。加熱は主に放射に依存し、これは窒素雰囲気でのガスの循環が可能である場合と比較して加熱プロファイルを変化させる可能性があります。
汚染制御
どちらの方法も酸素を排除しますが、真空炉は純度において明確な利点を提供します。真空を作成することにより、不活性ガスで置換するのではなく、残留酸素や炭素副生成物を含む潜在的な汚染源を積極的に除去します。
プロセスに最適な選択
特定の品質要件と施設の能力に応じて、雰囲気制御へのアプローチは異なります。
- 主な焦点が繊維の品質の最大化である場合：表面の欠陥やアブレーションを防ぐために、可能な限り厳格な酸素排除を優先してください。
- 主な焦点が汚染除去である場合：真空炉は、揮発性副生成物や残留ガスを積極的に抽出するため、おそらく優れた選択肢です。
雰囲気を制御すれば、回収材料の品質を制御できます。
概要表：
| 特徴 | 真空炉 | 窒素雰囲気炉 |
|---|---|---|
| 酸素排除 | 高（抽出） | 高（置換） |
| 熱伝達 | 主に放射 | 対流と放射 |
| 汚染制御 | 優れている（積極的な除去） | 良好（ガスパージ） |
| プロセス目標 | 熱分解 | 熱分解 |
| 繊維保護 | 酸化アブレーションを防ぐ | 酸化アブレーションを防ぐ |
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参考文献
- Charitidis J. Panagiotis. Recycling of Carbon Fiber-Reinforced Composites-A Review. DOI: 10.48175/ijarsct-17474
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Solution ナレッジベース .
