再生碳纤维
阅读：560发布：2020-05-13
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1.包括碳纤维和树脂的复合材料的再生方法，该方法包括：
提供至少包括加热部分的熔炉；
提供用于将复合材料运经熔炉的运输机；
将复合材料装载在运输机上并将复合材料运经熔炉；
当复合材料进入加热部分后检测该部分的气氛中的氧的百分数；和
当复合材料在运输机上经过熔炉的加热部分时，借助于第一温度下的化学分解从复合材料除去树脂，并产生烟气；其中以受控的方式将产生的烟气从加热部分除去，从而控制加热部分中的气氛中的氧的百分数，其中控制烟气的除去速率以确保氧在加热部分中以从1%体积/体积直到16%体积/体积的受控量存在，从而使得树脂的分解在氧的存在下发生，并且
其中加热部分中的化学分解至少部分借助于复合材料表面上的火焰锋而发生。
2.根据权利要求1的方法，其中通过控制加热部分中的气氛中的氧的百分数将沿着复合材料的行进方向的火焰锋的尺寸控制为20cm以下。
3.根据权利要求2的方法，其中通过控制加热部分中的气氛中的氧的百分数将沿着复合材料的行进方向的火焰锋的尺寸控制为10cm以下。
4.根据前述权利要求任意一项的方法，其中运输机运输复合材料，使得该材料在通过熔炉时在经过弯曲时不被旋转、翻倒、粉碎或撞击。
5.根据权利要求4的方法，其中运输机包括线性运输机。
6.根据权利要求1至3中任意一项的方法，其中周期性地或连续地检测气氛中的氧的百分数。
7.根据权利要求1至3中任意一项的方法，其中在熔炉中设置适合于从加热部分释放产生的烟气的一个或多个出口。
8.根据权利要求7的方法，其中每个出口控制为能打开至在0和100%之间变化的程度。
9.根据权利要求8的方法，其中每个出口的打开程度由控制器根据气氛中存在的氧的百分数控制。
10.根据权利要求7的方法，其中每个出口打开至所选的程度经预定的时间长度，或者由控制器根据气氛中存在的氧的百分数控制的时间长度。
11.根据权利要求7的方法，其中烟气借助于对烟气的天然抽出作用通过处于打开位置的每个出口抽出。
12.用于再生包括碳纤维和树脂组分的复合碳纤维材料的熔炉，该熔炉包括：
用于将材料加热至第一温度以借助于化学分解除去树脂并产生烟气的加热部分，和用于将复合材料运经加热部分的运输机，
其中该加热部分包括氧检测装置以及能打开至在0和100%之间变化的程度的一个或多个出口，
并且其中该熔炉还包括设置用于通过控制从加热部分除去产生的烟气而控制加热部分中的气氛中的氧的百分数的控制器，其中控制器适合于：
为每个出口选择打开程度和打开时间，从而根据加热部分中的气氛中的氧的百分数控制加热部分中烟气的抽吸速率，以及控制烟气从加热部分中除去的速率，以确保氧在加热部分中以从1%体积/体积直到16%体积/体积的受控量存在，从而使得树脂的分解在氧的存在下发生并且使得加热部分中的化学分解至少部分借助于复合材料表面上的火焰锋而发生，其中火焰锋的尺寸通过控制气氛中的氧的百分数而控制。
13.根据权利要求12的熔炉，其中运输机包括线性运输机。
14.根据权利要求12或13的熔炉，其中该熔炉是敞口炉。
15.根据权利要求14的熔炉，其中该熔炉具有至少一个可变的开口。
16.根据权利要求12的熔炉，其中该加热部分包含一个以上的出口，每个出口能打开至在0%和100%之间变化的程度；并且其中该控制器适合于控制每个出口的打开程度，从而控制加热部分中烟气的抽吸速率。
17.根据权利要求12的熔炉，其中该运输机包括连续进料装置以使得该材料可连续运经加热通道。
18.包括碳纤维和树脂的复合材料的再生方法，该方法包括：
提供至少包括第一加热部分和第二加热部分的熔炉；
提供用于将复合材料运经第一加热部分的运输机；
将复合材料装载在运输机上并将复合材料运经熔炉；
当复合材料进入第一加热部分后检测该部分的气氛中的氧的百分数；
当复合材料在运输机上经过熔炉的该部分时，借助于第一温度下的化学分解除去熔炉的第一加热部分中的树脂，产生烟气；
以受控的方式从第一加热部分除去烟气，从而控制第一加热部分中的气氛中的氧的百分数，其中控制烟气的除去速率以确保氧在加热部分中以从1%体积/体积直到16%体积/体积的受控量存在，从而使得树脂的分解在氧的存在下发生，并且其中加热部分中的化学分解至少部分借助于复合材料表面上的火焰锋而发生；
运经第一加热部分后，在运输机上将待再生材料运经第二加热部分；
其中第二加热部分在第二温度下操作，选择第二温度以控制从碳纤维除去炭。
19.包括碳纤维和树脂组分的复合碳纤维材料的再生方法，该方法包括在敞口炉中加热复合材料使得树脂组分经历热分解并产生烟气，同时通过控制产生的烟气的除去而提供气氛中的氧的百分数受控的气氛，使得热分解充分完成但碳纤维的氧化减少或防止，其中控制烟气的除去速率以确保氧在加热部分中以从1%体积/体积直到16%体积/体积的受控量存在，从而使得树脂的分解在氧的存在下发生，并且其中热分解在火焰锋的存在下发生。
20.根据权利要求19的方法，其中通过控制加热部分中的气氛中的氧的百分数将沿着复合材料经过熔炉的行进方向的火焰锋的尺寸控制为20cm以下。
21.根据权利要求20的方法，其中通过控制气氛中的氧的百分数将沿着复合材料经过熔炉的行进方向的火焰锋的尺寸控制为10cm以下。
22.根据权利要求19到21任意一项的方法，其中在线性运输机上将待再生材料运经熔炉。
23.一种方法，该方法降低热分解包括碳纤维和树脂的复合材料中的树脂的熔炉所需的功率，其中在该方法中，在熔炉中将复合材料加热至第一温度，在第一温度下产生烟气且熔炉中的气氛中的氧的百分数受控，使得烟气发生燃烧，在熔炉内发热，其中将产生的烟气以受控速率除去，以确保氧在熔炉的加热部分中以从1%体积/体积直到16%体积/体积的受控量存在，从而使得树脂的分解在氧的存在下发生并且其中该热分解在火焰锋的存在下发生。
24.再生碳纤维，由根据权利要求1、18、19或23的方法产生。
再生碳纤维
[0002] 碳纤维包括碳层的折叠片。碳纤维一般不起反应并耐火和耐腐蚀。每个纤维的直径可以是大约7微米。由树脂形成并掺入连续、切断或研磨的碳纤维的碳纤维复合物可具有高拉伸强度和相对低的密度，因此正在为这些材料开发许多应用。
[0003] 原生碳纤维每年的产量在30 000吨范围内，对碳纤维的需求显著大于产量，因此碳纤维不能不受限制地获得。
[0004] 尽管对碳纤维的需求高，但发现生产过程中存在材料的显著浪费，据估计原生碳纤维和树脂的差不多40％浪费在碳纤维产品的制造。该材料在传统上送至填埋场。
[0005] 达到其寿命的复合材料也送至填埋场。如上所述，这些材料耐用且通常化学惰性。因此置于填埋场中的碳纤维复合材料预期将在很长时间内保持不变。在目前的填埋场空间压力下，这是不希望的。此外，正在考虑和实施限制用于复合材料的填埋场的使用的法规。
[0006] 另外，对碳纤维的需求使得再生碳纤维和碳纤维复合材料的装置和方法成为所需。
[0007] 再生碳纤维已进行一些小规模尝试，但发现它们复杂且不适合大规模生产。许多现有方法采用惰性气氛(比如氮气氛)，此外需要广泛的预处理，包括任何待再生材料的研磨和/或化学处理。已知在惰性气氛下进行复合材料的处理。这些已知方法需要使用密封元件，从而可以净化气氛并引入惰性气体。在这样的密封炉方法中引入了成本和复杂性。因此已发现再生成本高，方法复杂，且由于再生前研磨碳纤维复合物，产生了对工业用途有限的最终产品。另外发现得到的碳纤维材料在纤维上或纤维周围有一定比例的炭(char)，因此最终产品不是清洁产品。
[0008] 简单的经济合算的碳纤维复合物材料再生方法已经寻找了多年。
[0009] 根据本发明的第一方面，提供了包括碳纤维和树脂的复合材料的再生方法，该方法包括：
[0010] 提供至少包括加热部分的熔炉；
[0011] 提供用于将复合材料运经熔炉的运输机；
[0012] 将复合材料装载在运输机上；
[0013] 借助于第一温度下的化学分解除去熔炉的加热部分中的树脂，产生烟气；其中以受控的方式将产生的烟气从加热部分除去，从而控制加热部分中的气氛中的组成。
[0014] 特别地，根据本发明的第一方面，提供了包括碳纤维和树脂的复合材料的再生方法，该方法包括：
[0015] 提供至少包括加热部分的熔炉；
[0016] 提供用于将复合材料运经熔炉的运输机；
[0017] 将复合材料装载在运输机上并将复合材料运经熔炉；
[0018] 当复合材料进入加热部分后检测该部分的气氛中的氧的百分数；和[0019] 当复合材料在运输机上经过熔炉的加热部分时，借助于第一温度下的化学分解从复合材料除去树脂，产生烟气；其中以受控的方式将产生的烟气从加热部分除去，从而控制加热部分中的气氛中的氧的百分数。
[0020] 优选地，熔炉的加热部分具有包括空气和产生的烟气的气氛。产生的一种或多种烟气在加热部分中以受控的方式除去，使得加热部分的气氛中的氧的百分数足够高，以支持树脂的分解和燃烧；但足够低，以最小化或避免碳纤维的燃烧。
[0021] 优选地，加热部分中的化学分解至少部分借助于复合材料表面上的火焰锋而发生。当复合材料在运输机上经过熔炉时，火焰锋可以在复合材料的宽度上存在。
[0022] 熔炉可具有一个或多个温度区域。下面将会理解每个区域的温度可以变化。每个区域内可设置一个或多个加热元件。主加热区域中的一个或多个加热元件可将复合材料升至第一温度，树脂材料的分解和燃烧会在第一温度下发生。此外，加热元件可以可选地存在于后续加热区域中以将复合材料加热至所需温度或将复合材料维持在所需温度。
[0023] 加热元件可选自电和气体加热元件，但任何用于供热的元件均可考虑。
[0024] 随着复合材料达到第一温度，分解和燃烧发生。产生的烟气升至熔炉的气氛中。产生的烟气可以降低气氛中存在的氧的百分数。
[0025] 优选地，烟气和气氛中存在的氧反应以进一步燃烧。该反应强烈放热。该放热反应可以单独或者和一个或多个加热元件组合用于将复合材料加热至所需温度或者将复合材料维持在所需温度。
[0026] 此外希望能够测量气氛中的氧和烟气的比值，并将该比值维持在支持树脂分解和至少一些产生的烟气燃烧的范围内。希望维持氧和烟气的比值以保证存在足够的氧，以使烟气的分解产物燃烧并使来自碳纤维的炭燃烧。特别希望在第一和第二加热区域监视和控制氧/烟气比值。
[0027] 复合材料达到第一温度后会在复合材料表面上产生火焰锋。有利地，火焰锋的尺寸可通过控制气氛中的氧的百分数而控制。特别地，通过控制气氛中的氧的百分数，火焰锋沿着复合材料的行进方向的尺寸或火焰锋的宽度可控制为20cm或以下，更优选为10cm或以下，比如1到9cm，例如2到8cm，例如3到7cm。
[0029] 相反，本发明检测和控制熔炉的加热部分中的气氛中的氧。如下面详细描述的，产生的烟气和空气的组合可适当地用于熔炉的加热部分中的气氛以保证存在足够的氧，例如从1％(v/v)直到16％(v/v)，比如从1％(v/v)直到10％(v/v)。
[0030] 优选地，运输机以显著线性的方式将复合材料运经熔炉。如下面详细描述的，以线性方式移动复合材料，而不是让材料经过弯曲、或者被翻倒或旋转或粉碎是有利的。
[0031] 根据本发明的第二方面，提供了用于再生包括碳纤维和树脂组分的复合碳纤维材料的熔炉，该熔炉包括用于将材料加热至第一温度以借助于化学分解除去树脂并产生烟气的加热部分，和用于将复合材料运经加热部分的运输机，其中该加热部分包括氧检测装置和控制器，该控制器用于通过控制从加热部分除去产生的烟气而控制加热部分中的气氛中的氧的百分数。
[0032] 优选地，控制器根据熔炉的加热部分中的气氛中的氧的百分数控制烟气的抽吸速率(rate of extraction)。
[0033] 优选地，熔炉还包括装载部分。在装载部分和加热部分之间设有入口。相对于加热部分的尺寸，入口优选为受限的尺寸。入口至少部分可密封，以提供可变的开口。希望能够变化入口的打开尺寸，以控制空气进入加热部分。
[0034] 优选地，熔炉还包括冷却部分。相对于加热部分，冷却部分也可具有受限的尺寸。空气可优选从冷却部分进入加热部分。
[0035] 在一优选实施方案中，不必提供风扇、吹风机、泵或其它积极的空气导向设备以将空气移入加热部分。优选地，烟气的除去产生天然的抽力。在一特别优选的实施方案中，烟气从加热部分除去，到达除去单元(abatement unit)，来自除去单元的抽力足以将空气抽入加热部分。
[0036] 适当地，烟气通过出口或其它孔除去。自然对流有助于烟气到达并通过出口。可以控制出口的尺寸以控制从熔炉气氛除去烟气。可控制出口打开的时间以控制从熔炉气氛除去烟气。下面提供了关于出口的更多细节。
[0037] 在一个实施方案中，熔炉的加热部分的气氛基本或全部由空气和产生的烟气组成。然而，在替代实施方案中，气氛中可存在另外气体。例如，气氛中可存在惰性气体，比如氮气或氩气。优选地，这样的另外的气体以10％(v/v)或以下的水平存在，比如5％(v/v)或以下，例如2％(v/v)或以下。在一个实施方案中，除空气和产生的烟气以外的气体以0到10％(v/v)的水平存在，比如0到5％(v/v)，例如0到2％(v/v)。
[0038] 熔炉的加热部分或第一部分可包含阶梯式加热通道。该部分可设置于备选结构中。该部分的形式可以不是阶梯式，但可使用备选设置，其中在运输机上方可以充分控制气氛。在一优选实施方案中，该部分具有恒定高度。
[0039] 借助于化学分解除去树脂的第一温度可以是200℃到600℃，优选为300℃到500℃，比如400℃到500℃。最优选的范围为425℃到475℃，或可将温度维持在500℃。
[0040] 在该温度，复合材料的树脂组分分解并在气态烟气中从碳纤维烧掉。该分解的气态烟气产品含有相对极少的氧。烟气中的氧的典型水平为1％到5％v/v。
[0041] 在一个实施方案中，熔炉的第一部分或加热部分设置为使得烟气最初保持在该第一部分，降低该第一加热部分的气氛中存在的氧的比例，防止或降低碳纤维氧化的可能性，和支持树脂组分的分解而不使其燃烧。
[0042] 最后希望从第一加热部分冲走烟气，但也希望在第一加热部分内保持足够的烟气以使碳纤维的氧化最小。因此，烟气的受控除去对本发明是重要的。
[0043] 最优选地，通过使用-5到+5mbar，优选为-2到+2mbar，更优选为-2到-1mbar的压力控制烟气除去/抽吸。在一优选实施方案中，压力为-1mbar。
[0044] 在一个实施方案中，树脂组分借助于这些组分的高温分解而分解。在真实的高温分解中不存在氧。特别地，在真实的高温分解中，化学分解基本通过热进行。因此，在其他组分(例如催化剂或氧)的存在下基本不发生反应。
[0045] 因此，在一个实施方案中，熔炉的第一加热部分中的分解在基本没有氧存在的情况下进行。
[0046] 然而，在一优选实施方案中，分解在加热部分的气氛中存在少量的氧的情况下进行。
[0047] 在这样的实施方案中，存在小于化学计量的量的氧，以实现化学分解。换言之，熔炉的第一加热部分的气氛中存在的氧的量小于燃烧所需的量的100％。例如，熔炉的第一加热部分的气氛中存在的氧的量可以是燃烧所需的量的90％或以下，比如80％或以下、70％或以下、或60％或以下。
[0048] 在一个实施方案中，氧的存在量为化学计量的50％或以下，比如化学计量的40％或以下，例如化学计量的25％或以下，比如化学计量的10％或以下。
[0049] 优选地，熔炉的第一加热部分中的树脂的分解在化学计量的0.5到90％的量的氧的存在下进行，比如化学计量的1到80％，例如化学计量的1.5到50％，比如化学计量的2到40％，例如化学计量的5到25％。
[0050] 像再生一样，在碳纤维的制造中，也希望防止碳纤维的氧化，这通常通过在碳纤维上使用惰性气氛而实现。一般，惰性气氛可以是氮气，但可使用其他惰性气体。氮气的使用对方法增添了复杂性和成本。已进行了一些小规模的再生碳纤维的实验室尝试，它们均使用氮气作为惰性气氛以防止碳纤维氧化并使树脂组分发生分解。
[0051] 相反，本发明采用敞口炉并控制离开熔炉的烟气流量，从而控制气氛中的氧的百分数，以减少碳的氧化。这更为简单且更容易控制。
[0052] 在本发明中，熔炉的第一部分的气氛中的氧的比例优选控制为小于16％(v/v)，例如从1％(v/v)直到16％(v/v)。例如，可将它控制为小于10％(v/v)，例如从1％(v/v)直到10％(v/v)。在一个实施方案中，熔炉的第一部分的气氛中的氧的比例控制为小于5％(v/v)，例如从1％(v/v)直到5％(v/v)。在最优选的实施方案中，氧的百分数小于5％(v/v)但大于1％(v/v)。
[0053] 在一个实施方案中，熔炉的第一部分的气氛中的氧的比例可以控制为从2直到16％(v/v)，例如从2％到10％(v/v)，比如从2到5％(v/v)。
[0054] 在一个实施方案中，熔炉的第一部分的气氛中的氧的比例可以控制为从3直到16％(v/v)，例如从3％到10％(v/v)，比如从3到5％(v/v)。
[0055] 技术人员应当理解，所选的氧的准确比例取决于局部条件和被处理材料。
[0056] 在一个实施方案中，当复合材料经过熔炉时，熔炉的第一部分的气氛中的氧的比例控制为在整个炉内气氛中基本恒定。例如，当复合材料经过熔炉时，氧的比例可控制为变化率为3％(v/v)或以下，比如2％(v/v)或以下，优选为1％(v/v)或以下，例如0.5％(v/v)或以下。
[0057] 可以理解，当熔炉最初启动时，树脂组分的分解可能不发生，因为没有足够烟气以控制气氛并提供合适的缺氧环境。然而，可以理解，在优选的实施方案中，树脂很快分解，产生大量提供还原气氛的分解气体或烟气。这可以在碳纤维材料的最初装载进入第一加热部分的几秒钟内实现。
[0058] 已发现使用本发明方法回收的再生碳纤维具有所需性质。例如，已发现再生碳纤维和原生碳纤维相比具有改进的粘合性质。也已发现电性质在再生过程中改变，可显著提高导电率。
[0059] 优选地，从第一加热部分除去的烟气导入位于第一部分附近的外部燃烧器。该燃烧器可以在比第一部分高得多的温度下工作。一般可使用1000到1500℃的温度，比如1100到1300℃，例如大约1200℃。因此烟气可以进一步通过外部燃烧器燃烧。
[0060] 优选地，已通过外部燃烧器燃烧烟气后释放的废气是透明的。可并入进一步的废气处理以减少该碳纤维再生方法的任何生态影响。也可浓缩烟气以获得低等燃料油。或者，可将烟气裂化回(crack back)烟气中存在的原始聚合物。这些聚合物可用于其他应用，比如粘合剂。烟气的浓缩或裂化可通过常规装置和方法进行。
[0061] 在优选的实施方案中，烟气在除去单元中处理，废气借助于烟囱释放进入大气。这些可以是除去单元的一部分，或者可以和除去单元分离。也希望将除去单元和熔炉整合以促进熔炉和除去单元之间的能量转移并因此减少供给熔炉所需的全部功率。
[0062] 优选地，运输机包括线性运输机。特别地，运输机适当地沿着它经过熔炉的长度明显为线性。在优选的实施方案中，运输机在其整个长度明显为线性。
[0063] 线性运输机特别适合运输复合材料，使得该材料在送至熔炉时在经过熔炉时不被旋转或粉碎。希望保证复合材料在经过熔炉时不被损坏或粉碎。已知碳纤维的一个重要品质被称为“外观品质(cosmetic quality)”，线性运输机的使用使产品具有改进的美感。另外，如果碳纤维被损坏，则产生的表面缺陷会对碳纤维的拉伸强度有害。使用线性运输机的优势在于可将复合材料置于运输机上然后通过运输机以线性运动经过熔炉。复合材料在经过熔炉时既不被旋转或粉碎，也不被翻倒。因此，经过熔炉后，再生复合材料含有清洁和未受损害的碳纤维。
[0064] 本发明的其他优势涉及由层状片形成的复合材料的再生。这些可以仅为碳纤维片，或者也可以含有另外的材料片，比如增强玻璃纤维片或金属纤维片。由于可将复合材料的整块运经熔炉，而不预先切成小块，并可在没有湍流或翻倒的情况下运经熔炉，复合材料在熔炉的加热部分清洁地分成片层。这意味着可以从分层的复合材料通过掀起、滑动或拉起片材而除去每一片另外的材料。因此，材料退出熔炉后，可以容易地从复合材料提取金属及其他材料。
[0066] 带穿过第一部分。在第一部分中花费的时间，或停留时间，可通过控制带的移动速度而变化。可设置控制装置以控制带的移动速度。可选择预定的移动速度。移动速度可根据第一部分的温度和/或待再生的材料选择。优选地，带的运行速度借助于控制器控制。可希望在再生过程期间能够改变带的运动速度。这样的变化可以响应于来自测氧计和/或温度传感器的输出信号。可使用的带速的实例为2m/分钟或更高，例如2到8m/分钟，比如
3m/分钟或更高，例如3到6m/分钟。在一个实施方案中可以使用约4m/分钟的速度。
3m/分钟或更高，例如3到6m/分钟。在一个实施方案中可以使用约4m/分钟的速度。
[0068] 优选地，待再生复合材料的宽度小于2m，高度小于0.25m。更优选的范围是该材料的宽度1.5m，高度小于0.2m。然而，容易想到，这些优选的最大尺寸取决于进入优选的加热通道的狭口(throat)的尺寸和备选的尺寸更大的第一加热部分，并能处理较大的待再生材料的物品。熟练技术人员可以理解，物品的宽度和高度取决于其方向，在一个方向上不适合这些尺寸的物品可以旋转至另一方向以适合这些尺寸。这些优选尺寸取决于优选的加热通道的尺寸，熟练技术人员理解这些尺寸可以变化。可以想到，备选的加热通道可制成具有备选的尺寸，其中高度接近于宽度。然而，已发现控制狭口的尺寸是重要的。在一个优选的实施方案中，已发现狭口越窄，越容易控制加热部分内的加热分布。或者，可以调节狭口或开口以使较大的物品进入加热部分，然后可以部分或全部关闭狭口。
[0069] 待再生的复合材料的厚度可以变化。复合材料的厚度会影响熔炉中花费的理想停留时间。通常，物品的厚度越大，停留时间越长。
[0070] 可以理解，对待再生物品的长度没有限制，因为过程是连续的。然而，优选将物品切成可管理的长度，以促进待再生材料的处理。典型的长度大约为2m。
[0071] 该方法的特别优势是几乎不需要或者不需要预处理。待再生材料不必经过化学处理，或者通过切碎、切断或研磨形成小尺寸。这部分是因为狭口的尺寸允许较大物品进入熔炉。
[0072] 在一个实施方案中，如果待再生的复合材料宽1m或以上和/或高0.1m或以上，则它们仅经过切断或者预处理以减小其尺寸。在一个优选的实施方案中，如果待再生的复合材料宽1.5m或以上和/或高0.2m或以上，则它们仅经过切断或者预处理以减小其尺寸。在一个实施方案中，如果待再生的复合材料宽2m或以上和/或高0.25m或以上，则它们仅经过切断或者预处理以减小其尺寸。
[0073] 优选地，该方法连续操作，材料可以连续地装载在带上并进入第一加热部分。其优势在于不必在处理一批材料前储存材料。第一加热部分的连续操作也是有利的。特别地，第一加热部分的连续操作使复合材料以所需速度进入熔炉，速度取决于可用的材料。保持连续的温度的能量效率较大。此外，熔炉中的热循环不仅低效而且可能对熔炉的结构有害，导致寿命减少。可以理解，材料的成批处理是可能的，但非优选。已发现目前在商业上是不理想的。
[0074] 可设置熔炉的第二加热部分，其可优选在比熔炉的第一加热部分更高的温度下操作。
[0075] 在该方法的优选的实施方案中，在熔炉的第一加热部分已除去树脂后，在熔炉的第二加热部分加热剩余的材料，熔炉的第二加热部分在比熔炉的第一部分更高的温度下操作。
[0076] 优选地，熔炉的第二加热部分将材料从500℃加热到900℃，更优选从550℃到800℃。最优选地，第二部分中的温度为500℃到700℃，优选为550℃到600℃或以上，优选为600℃到700℃。在该方法的一个实施例中，第二加热部分的温度为600℃到650℃，比如约620℃。
[0077] 希望熔炉的第二部分在比熔炉的第一部分更高的温度下操作。如下所述，也优选第二部分的温度不过高。
[0078] 第二部分会产生最小量的其他烟气。可将任何其他烟气导入外部燃烧器或除去单元并烧掉或者进行处理。
[0079] 由于第二加热部分优选在比第一部分更高的温度下操作，已发现第二部分烧掉材料的纤维上形成的任何炭。
[0080] 炭由复合材料中的树脂的延迟分解产生。分解因氧供给不足而延迟。惰性气氛的使用排除了氧，因此炭对于使用惰性气氛的现有方法是个大问题。然而，在本方法中，氧不被排除，因此树脂组分发生分解，然后炭和存在的氧燃烧形成二氧化碳和一氧化碳，因而减少了碳纤维上剩余的炭量。因此获得较高品质的产品。
[0082] 然而，已发现对于再生碳纤维材料的特定应用，炭的存在可能是希望的，其中再生材料用于涉及活性碳的应用，例如水净化或催化床。
[0083] 因此，希望控制从碳纤维除去炭，从而在需要的时候生产清洁产品，同样在需要的时候生产包括炭的产品。
[0084] 根据本发明的第三方面，提供了包括碳纤维和树脂的复合材料的再生方法，该方法包括：
[0085] 提供至少包括第一加热部分和第二加热部分的熔炉；
[0086] 提供用于将复合材料运经第一加热部分的运输机；
[0087] 将复合材料装载在运输机上并将复合材料运经熔炉；
[0088] 当复合材料进入第一加热部分后检测该部分的气氛中的氧的百分数；和[0089] 当复合材料在运输机上经过熔炉的第一加热部分时，借助于第一温度下的化学分解除去第一加热部分中的树脂，产生烟气；
[0090] 以受控的方式从第一加热部分除去烟气，从而控制第一加热部分中的气氛中的氧的百分数；
[0091] 运经第一加热部分后，在运输机上将待再生材料运经第二加热部分；
[0092] 其中第二加热部分在第二温度下操作，选择第二温度以控制从碳纤维除去炭。
[0093] 熔炉的第二部分主要操作用于除去在熔炉的第一部分中沉积在碳纤维上的炭。在第一部分中沉积的炭的量少于在惰性气氛下进行的过程中沉积的炭的量，但仍希望除去尽可能多的炭。已发现从550℃到600℃的最优选的温度范围足够高，以除去碳纤维上沉积的任何炭，而不烘烤碳纤维上的炭。然而，在一些实施方案中，从600℃到650℃的范围内的温度可能较好。如果温度过高，碳纤维会在热和氧的存在下氧化，这是不希望的。
[0094] 控制碳纤维材料在熔炉的第二部分中的停留时间是重要的，因为如果停留时间太长，则纤维达到较高温度并氧化；同时如果停留时间太短，则炭留在纤维上。优选地，停留时间大约为5分钟。材料的厚度会影响第二部分中所需的停留时间，较厚的物品需要较长的停留时间。通常，已发现合适的停留时间为1分钟到10分钟，比如2分钟到8分钟，优选为3分钟到7分钟，最优选的停留时间为4分钟到6分钟。如果停留时间过长，则碳纤维会氧化。
[0095] 可以理解，如果一些或所有炭保留在纤维上，则第二加热部分的温度可以降低，或者停留时间可以缩短。希望控制器可以控制停留时间和温度的变化，以在复合材料完成再生后控制碳纤维上的炭的量。作为替代或者另外，可以控制气氛中的氧含量，使得树脂或树脂分解产物发生不完全燃烧，则较大比例的炭沉积在碳纤维上。
[0096] 优选地，第二加热部分中的气氛明显透明，气氛中的氧的比值和大气显著相同。可以不必控制熔炉的第二加热部分中的气氛。在炭从纤维烧掉时，可看到碳纤维随着碳纤维表面附近的小蓝色火焰燃烧。
[0097] 除炭的过程可称为“抛光”或改进，并得到具有粘附物较少的较平整表面的纤维。
[0098] 优选地，该方法在加热步骤后包括将再生材料冷却(例如用水冷却)的步骤。该步骤可以在熔炉的第三冷却部分中进行。在一个优选的实施方案中，第三冷却部分用水冷却。材料可以在被收入容器(receptacle)前在约15分钟的时间内冷却。一般，用水冷却的区域使用夹套冷却区域实现。冷却过程完全是常规的。
[0099] 优选地，设置容器以从第三冷却部分接收连续的再生材料输出。
[0100] 优选地，容器用于将再生材料移至磨机，在磨机中可按常规方式切断或研磨材料。
[0101] 可设置第一和/或第二缓冲加热区。第一缓冲区可以设置于第一加热部分前。第一缓冲区可以在约200到400℃的温度下操作。在一个实施方案中，温度可以是200到
300℃。在另一实施方案中，温度可以是约400℃。第一缓冲区操作的确切温度可以变化，但优选低于第一加热区的温度。该温度优选为足够低，使得缓冲区中不存在树脂组分的放气(gassing off)，但在进入第一加热部分前预热材料并保持第一加热部分中的热量。
300℃。在另一实施方案中，温度可以是约400℃。第一缓冲区操作的确切温度可以变化，但优选低于第一加热区的温度。该温度优选为足够低，使得缓冲区中不存在树脂组分的放气(gassing off)，但在进入第一加热部分前预热材料并保持第一加热部分中的热量。
[0102] 在一个优选的实施方案中，第二缓冲区也维持在约200到400℃的温度。在一个实施方案中，温度可以是200到300℃。在另一实施方案中，温度可以是约400℃。在一个优选的实施方案中，第二缓冲区位于第二加热部分和发生材料冷却的熔炉第三部分之间。再一次，操作缓冲区以将热量保持在第一和第二加热区内并增大熔炉的总效率。
[0103] 在一个优选的实施方案中，带连续经过熔炉操作并以显著恒定的速度移动。然而，可以预见，可以使用超过一个带，可将材料从一个带转移到另一个。如果使用单独的几个带，则每个带可以在每个部分以不同速度运行，从而每个部分中的停留时间可以单独变化和控制。
[0104] 再生材料可研磨成50到500微米，优选为100到400微米，最优选为200到300微米；或者可以切成1到250mm的长度，优选为2到200mm，最优选为3到150mm。可选用该范围之上或之下的备选长度。备选长度可根据碳纤维的用途而选择。所选的精确长度可根据切断设备而变化。
[0105] 或者，再生材料可以不经切断或研磨而再次使用。上面已涉及分层的复合材料在加热部分分层的分离。现在，可以想到分层材料的分离将人工进行。但可以理解也可自动进行。
[0106] 不经切断或研磨再次使用特别适合诸如编织的预浸渍辊的再生材料。这些材料因为树脂不再“入时(in-date)”而需要再生，但通过使用所述方法，可带着新鲜的树脂而不损害碳纤维材料的编织结构将辊返回再次使用。
[0107] 根据本发明的第四方面，提供了包括碳纤维和树脂组分的复合碳纤维材料的再生方法，该方法包括在敞口炉中加热复合材料使得树脂组分经历热分解并产生烟气，同时通过控制产生的烟气的除去而在熔炉中提供气氛中的氧的百分数受控的气氛，使得热分解充分完成但碳纤维的氧化减少或防止。
[0108] 优选地，设置控制从熔炉除去烟气的控制器，控制器和传感器连接，传感器用于感应气氛中的氧的水平。
[0109] 优选地，传感器包括在预定范围内监测气氛中的氧的比例的装置。传感器可设置成按预定间隔采样并测量气氛中的氧的百分数。例如，可以每30秒钟或每分钟采样并测量氧的百分数。或者，传感器可以连续采样气氛中的氧的百分数。
[0110] 单独设置每个传感器可能是理想的。从而，一个或多个传感器可以连续采样气氛，而一个或多个传感器可以设置用于按一定间隔(例如每10秒钟或每30秒钟)采样气氛。同样，多个传感器可以设置用于按一定间隔采样气氛，每个传感器单独设置间隔，例如一个传感器设置成每10秒钟采样气氛，而另一个设置成每30秒钟或每分钟采样。
[0111] 采样周期可随着传感器的位置变化。理想地，可以在第一加热部分连续采样气氛，而第二加热区中的传感器周期采样，例如每5、10、20或30秒钟。缓冲区中的传感器可以周期采样，但采样之间的周期较长，例如每20、30或60秒钟。
[0112] 优选地，控制器根据加热部分的气氛中的氧的百分数控制烟气的抽吸速率。
[0113] 优选地，气氛中的氧的比例通过增大或减小按需离开第一加热部分的产生的烟气的出口流量而维持在预定范围内。
[0114] 可设置一个或多个出口。每个出口可电控制以打开至预选程度。根据控制器的输出，打开程度可以在0％和100％之间。优选地，第一加热部分设置超过一个出口。有利地，每个加热区可设置一个或多个出口。优选地，每个出口具有人工控制装置。出口可响应控制器的输出信号而打开或关闭。控制器可以为每个出口选择打开程度和打开时间。打开时间可响应每个氧测量计的气氛氧含量测量信号而变化。在具有超过一个出口的熔炉中，每个出口可响应来自控制器的信号独立于其他出口操作。
[0115] 温度传感器也可设置用于监测加热通道中达到的温度。温度可以和运输机的运行速度成比例变化。优选地，复合材料在加热通道中的停留时间为3到15分钟，优选为5到12分钟。特别优选的停留时间是6分钟和12分钟。
[0116] 在一个实施方案中，停留时间是12分钟或以下，比如10分钟或以下，例如1到10分钟，比如5到10分钟。
[0117] 如果温度增大，停留时间可以减少。或者如果温度降低，停留时间可以增大以保证复合材料的树脂组分烧掉。停留时间明显短于已知方法的停留时间。
[0118] 在真正的热解体系中，碳的氧化不能发生，但在本发明中，在熔炉的第一部分的气氛中存在一定比例的氧，因此一些碳纤维会发生氧化。因此在控制树脂组分的分解时，温度和温度下的停留时间都必须考虑。随着温度升高，停留时间可以减少，以减少不需要的碳纤维氧化。
[0119] 在本发明中，由于烟气燃烧，因放热反应而产生热量，停留时间可以减少至明显小于预期的时间，例如15分钟或以下，比如12分钟或以下。通过具有更快的运行速度/更少的停留时间，放热失控/爆炸的风险降低，同时碳纤维的氧化显著避免。
[0120] 高速/低停留时间特别通过使用线性运输机实现。如果非线性运输机使用高速，对纤维的损坏风险将显著增大。
[0121] 尽管在一个优选的实施方案中，气体的流动仅通过产生天然抽力而引起，但在一个替代实施方案中，可以设置用于控制通过通道的气体流动的流体移动器，作为用于控制第一加热部分中的气氛的控制器的至少一部分。这可含有一个或多个风扇或泵。可以连同从第一加热部分抽出烟气的装置设置电机驱动的闸阀。经过闸阀的气体的流速可按之前的描述控制。
[0122] 如上所述，也可设置氧测量计以测量气氛中的氧的百分数。优选地，氧测量计位于作为第一加热区的第二区的入口附近。这是发生燃烧和产生烟气的位置。烟气的抽出速度可根据被处理的复合物的树脂体积分数变化。树脂体积分数是将和材料一起提供MSDS的一部分。抽吸将被氧测量计监测，根据氧水平控制抽吸风扇。
[0123] 在另一实施方案中，可朝向第二区的中部设置氧测量计以测量气氛中的氧的百分数。
[0124] 可设置超过一个氧测量计以测量气氛中的氧的百分数，例如可以有两个、三个、四个或以上的测量计。
[0125] 在一个实施方案中，有四个测量计，每个区一个。
[0126] 理想地，在将复合材料装载在运输机上之前预选某些参数，比如熔炉的温度和材料在熔炉的每个部分的停留时间。如果将MSDS和材料一起提供，这可以实现。可以理解，该信息并不总能获得，在此情况下，可以进行合适参数的“最佳猜测”。周期性进行氧含量和温度的测量，控制气氛中的氧的百分数，以通过打开和关闭出口而维持氧含量等于或低于16％(v/v)。
[0127] 理想地，在第一加热部分的第一端和第一加热部分接近熔炉第二部分的第二端之间维持压差。压差可以是大约-1mbar。然而，这可以调节以适应局部条件。用于控制第一加热部分中的气氛的控制器可以控制该压差。
[0128] 理想地，第一加热部分设置为使得来自树脂组分的烟气保持在第一加热部分中的碳纤维复合材料之上。
[0129] 在一个优选实施方案中，第一部分具有斜面顶。顶从第二部分朝向位于第一加热部分的狭口上面的“取出处(off-take)”向下倾斜。该设置使来自第一加热部分的烟气显著保持在第一部分内。空气从第三和第二部分朝向第一加热部分移动，引导烟气向前运动进入第二部分，回到第一加热部分。因此，第二加热部分具有低烟气水平，第三部分具有明显清洁的气氛。
[0131] 或者，熔炉可以设置为使得第一和第二加热部分邻接，缓冲区维持在加热部分之前和之后。
[0132] 因此小心地控制烟气的抽吸。由于烟气包括从树脂组分烧掉的气态材料，含有烟气的气氛中的氧相对低。因此碳纤维和氧的反应延迟。然而不希望将氧含量明显减至零，否则树脂成分的分解和后续燃烧将不能完成，炭的沉积将增加。
[0133] 优选地，熔炉包括第二加热部分，该部分可以加热至大于第一部分的温度的第二温度。材料在熔炉的第二部分的停留时间大约为3到5分钟，在该部分中发生任何剩余树脂组分的分解，沉积在碳纤维上的炭被烧掉，剩下相对清洁和没有炭和胶料(sizing material)的碳纤维。
[0134] 根据本发明的第五方面，提供了包括碳纤维和树脂组分的复合碳纤维材料的再生方法，该方法包括加热复合材料使得树脂组分经历热分解并产生烟气，同时通过控制产生的烟气的除去而提供氧含量受控的气氛，使得热分解充分完成但碳纤维的氧化减少或防止。
[0135] 优选地，烟气保持在复合材料上一段时间，减少碳纤维可以从气氛中获得的氧的量。
[0136] 根据本发明的第六方面，提供了一种方法，该方法降低热分解包括碳纤维和树脂的复合材料中的树脂的熔炉所需的功率，其中在该方法中，在熔炉中将复合材料加热至第一温度，在第一温度下产生烟气且熔炉中的气氛中的氧的百分数受控，使得烟气发生燃烧，在熔炉内发热。
[0137] 可以理解，由于烟气的燃烧是放热反应，它以热量的形式产生大量能量。这在先前的方法中已是安全问题，但通过控制气氛中可以获得的氧的量，可以控制燃烧反应，因而控制产生的热量。此外，在本发明中，系统不是密封系统，这减少危险，而在现有技术的系统中，则使用具有惰性气氛的密封熔炉。
[0138] 在一优选的熔炉中，通过加热元件比如电元件供热。其他热源可用作加热元件。由于从燃烧反应产生的热量，通过电元件供热的量可以减少。优选地，控制器适合于响应温度传感器信号，来控制电元件的热量输出。
[0139] 根据本发明的第七方面，提供了由根据本发明的第一、第三、第四、第五或第六方面的方法产生的再生碳纤维。
[0140] 优选地，再生碳纤维包括由碳纤维形成的物品。
[0141] 在一替代实施方案中，再生碳纤维包括切断的碳纤维股。切断的碳纤维股可具有不分尺寸的抛光(un-sized finish)和小于1％的炭比例。
[0142] 优选地，再生碳纤维在形成复合材料时具有改进的浸湿和界面粘合特征。这些特征相对于原生碳纤维可以得到改进。另外，可以发现加入再生碳纤维的复合材料具有改进的杨氏模量和拉伸强度。
[0144] 图1是根据本发明的熔炉的典型布局的示意图；
[0145] 图2显示根据本发明的熔炉的典型的第一部分；
[0146] 图3是熔炉的第一部分和除去单元之间的连接关系的示意图；和[0147] 图4是备选熔炉的横截面。
[0148] 在图1中，说明了根据本发明的熔炉1的典型布局。可以看到，熔炉1包括两个主要区域：加热部分2和冷却部分4。设置了钢带6，用于通过加热部分2和冷却部分4。带是连续的，在装载区8和卸载区10之间延伸。在装载区8附近设置常规驱动装置12并设置用于驱动带，使得装载在带6上的材料经过加热部分2和冷却部分4。驱动装置12具有控制装置14，控制装置14控制带6的驱动速率。控制装置14可以连续变动，或者可以按多个预定速度中的一个来驱动带6。带的速度可根据多个因素变化。带速度根据材料厚度和复杂性而变化，材料越厚则带越慢。
[0149] 加热部分2具有至少一个连接加热部分和除去单元18的排气通道16。除去单元包括设置用于燃烧经过排气通道进入除去单元的烟气的燃烧器。除去单元18是设置用于烧掉烟气的单元，比如由Compact Power Limited生产的单元，将不再进一步描述，因为形式和设置是本领域技术人员公知的。除去单元18设置用于在约1200℃烧掉烟气。可根据烟气的组成使用其他温度。在备选方式中可替换备选单元以处理烟气。对于这样的备选单元，本领域技术人员是很了解的。
[0150] 加热部分2包括第一加热部分和第二加热部分22，第一加热部分包括加热通道20。图2说明了加热通道20，其包括狭口24和通道26，通道26具有沿着通道的底部运行的带6。通道在狭口和入口27之间延伸，并具有高度从狭口24到进入第二加热部分22的入口27增大的斜面顶。狭口24高0.25m，宽2m。在此的通道高度在整个通道中以及在进入第二加热部分的入口27时相同。第二加热部分具有腔室28，腔室28具有基底30和顶
31，顶31到基底30的高度在第二加热通道的整个腔室基本相同。设置带6，带6也沿着腔室28的基底30运行。
31，顶31到基底30的高度在第二加热通道的整个腔室基本相同。设置带6，带6也沿着腔室28的基底30运行。
[0151] 腔室28和冷却部分4连接，带通过腔室28进入冷却部分4。冷却部分4借助于常规的水夹套32水冷，水夹套32设置于冷却区4的外部34上。由于冷却夹套的位置和操作是常规的，将不作进一步描述，因为它们对于本领域技术人员是公知的。可以换成将冷却部分冷却的其他备选装置。
[0152] 带6从冷却部分进入卸载区域10。
[0153] 在装载区8将材料36装载在带6上之前，如果需要，准备待再生材料36(示意性地表示于图2)。在装载在带上之前对材料36进行最小准备。可将它切成多个部分，使得每个部分高度小于0.25m，宽度小于2m。每个部分的长度不重要，但为了易于处理，一般为小于2m。这些尺寸取决于熔炉狭口的尺寸。可以理解，熔炉可以具有不同尺寸的狭口24，在此情况下，待再生材料的最大尺寸将相应变化。本发明的特别优势在于在装载在带6上之前待再生材料几乎不需要准备，如果有的话。
[0154] 待再生材料包括树脂复合物中的碳纤维。树脂复合物可随着被再生的特定产品而变化。优选在将材料装载在带6上以再生之前确定树脂组分和可能的分解产物。加热通道和/或第二加热部分的温度可由于特定的树脂组成而改变。作为替代或者同时，带的驱动速度可以变化。
[0155] 一旦已将材料装载在运送带6上，材料进入第一加热部分的狭口24并进入通道26。在通道26中，温度大约为450℃到500℃。温度可以根据待再生材料变化。驱动速度也可变化，从而根据加热通道的材料和温度将材料在加热通道中的停留时间控制为所需时间。如果厚度大于比如10mm，可以测量待再生材料的厚度并可以增大停留时间。
[0156] 随着材料通过通道的狭口并进入加热通道，材料快速升温，材料中的树脂开始分解同时从材料放出烟气。这些烟气从碳纤维材料上升并被容纳在加热通道内。在加热通道的温度下，“放气”的速率快，气氛几乎瞬间充满烟气。这些烟气由有机化合物组成，相信在分解物中几乎没有或者没有游离氧。因此，一旦放气开始后，通道中的烟气在材料上基本不含氧。加热通道可具有高度从狭口到第二加热部分的入口增大，或者高度可以恒定的斜面顶。加热通道中设置控制气氛的装置。下面进一步描述这些。
[0157] 在第二部分的入口附近设置可以是常规性质的第一风扇。在优选的实施方案中，除去单元中仅使用一个风扇，该风扇是用于气氛控制的仅有的风扇。在熔炉的第一部分的侧壁设置入口38，将通道26和导向除去单元18的排气通道16连接。在该实施例中显示入口38在侧壁中。入口也可设置于和狭口相同的器壁或可含有狭口开口的一部分。
[0158] 设置皮托管39，测量分压并提供目测读数。如果压力超过-1mbar，则熔炉气氛将含有较大的氧度，理想的压力应是-1mbar，得到气氛朝向除去单元的轻微移动。
[0159] 在和入口38相对的器壁上设置氧测量计40。氧测量计监测熔炉的第一部分在狭口24附近的氧含量。该监测连续操作，但也可设置成定期采样气氛。采样之间的期间可以在1秒钟到5分钟的范围内。使用常规氧监测器。
[0160] 在优选的实施方案中，仅有的风扇设置于除去单元中，用于将烟气从熔炉的第一部分抽到除去单元。
[0161] 在第二加热部分28附近和在排气通道的入口附近设置监测第一部分中的压力的装置。压力被监测并传输到控制单元(未显示)，控制单元控制第一和第二风扇的操作，以维持约-1mbar的压差。同时将氧监测器的输出输入控制单元。如果气氛的氧含量背离1％和5％(v/v)之间的所需的水平，则可以变化风扇的流速，以通过降低烟气进入排气通道的流量以降低气氛中的氧含量，或者通过增大流速以增大气氛中的氧含量，而使氧含量回到所需水平。
[0162] 也设置至少一个温度监测器以监测每个加热部分以及冷却部分中的温度。优选地，在加热区的整个长度上，在带的上方和下方固定热电偶。也可将每个温度监测器的输出输入控制装置。控制装置可以在熔炉附近或者远离熔炉。可将监测器的输出传输到遥远的位置，并可将控制指令从遥远的位置传输到熔炉。
[0163] 每个部分的温度维持在之前述及的范围内。理想地，第一部分的温度为425℃到475℃。第二部分28维持在550℃和600℃之间。如果温度过高，碳纤维会在过短时间内氧化。
[0164] 也控制停留时间，停留时间可根据加热部分的温度而变化。随着温度增大，停留时间可以减小，以避免不希望的纤维氧化。
[0165] 在第二加热部分28中设置和另一个排气管(未显示)连接的抽吸风扇，该排气管连通第二加热通道和除去单元。在该第二加热部分中可能产生少量的其他烟气，也在除去单元中烧掉。
[0166] 冷却部分4大约长8m，设置可将碳纤维缓慢冷却至环境温度以使材料在方法的末尾可处理的区域。冷却部分的长度可根据带的速度变化。
[0168] 一旦碳纤维材料冷却，它进入卸载区10，从带上卸载。在料斗中收集材料，并将材料运输到抛光区域。材料可通过将纤维研磨至200和300微米之间而抛光，或者可将纤维切成3和150mm的长度。
[0169] 一些材料不经切断或研磨即可再生。一个特别的实例是编织的预浸渍辊，其中树脂已经过时。可使辊通过熔炉然后再用树脂浸渍，不损害布的编织结构。
[0170] 下面参考图4描述备选熔炉。熔炉100包括单一腔室102。在腔室102的第一端设置闸门或狭口104。带106从装料台108经过狭口104进入腔室102。待再生材料在装料台108放在带106上。同样，待再生材料在放在带上之前通常不经处理。有时，可能需要切割材料以减小总尺寸，以经过狭口。在该熔炉中，闸门尺寸可以扩大或缩小。闸门可以扩大以使待再生材料的较大物品经过闸门。能够缩小闸门的尺寸以借助于闸门控制进入腔室102的空气流也是有利的。一般，狭口大约高六英寸，宽2m。可以通过降低狭口前的内部闸门或者通过使用可变门而缩小狭口的高度。
[0171] 经过腔室102后，带进入冷却部分110。腔室102和冷却部分110的整个长度尺寸和之前描述的熔炉相似。
[0172] 腔室102是开放的，空气可以借助于闸门104和冷却部分110进入腔室。带以每分钟数米移动，可以想到可以使用最高每分钟8m的速度。典型的带速度为每分钟1到4米。
[0173] 在该熔炉中，可认为腔室102由A到D四个区域组成。A和D区域是缓冲区，维持在低于B和C区域的温度，B和C区域包括第一和第二加热部分。一般，在腔室的第一加热部分B区域的入口的温度维持在425到450℃。B区域的确切温度可根据待再生材料的厚度和待再生的复合材料中的树脂的组成而变化。由于接近C区域，B区域可具有较高的温度，例如B区域可从其入口的425到450℃的温度升至其出口的500到650℃的温度。C区域包括第二加热部分，通常维持在比B区域的入口更高的温度。已发现约600℃到650℃的温度通常是合适的。磨光或炭的除去通常在C区域发生。C区域的确切温度可以变化以控制碳纤维上保留的炭的量。一般，C区域维持在500℃和700℃之间的温度。C区域的温度便利地设置为620℃。缓冲区A和D维持在200℃到400℃的温度。如上所述，根据再生碳纤维的用途，将至少一些炭维持在再生碳纤维上可能是理想的。
[0174] 在整个腔室102设置加热元件(未显示)以按需向腔室提供热输入。在本实施方案中，加热元件是电元件，但可以理解，替换热源可用于该腔室。替换热源的实例是气体燃烧器。
[0175] 腔室中设置多个温度传感器。温度传感器位于各个区域。在该熔炉的每个区域中设置两个温度传感器。在该熔炉中，温度传感器位于熔炉中设置的加热元件附近。每个温度传感器设置用于向控制器(未显示)输出温度的数据指示。
[0176] 腔室中设置多个排气出口112。在该熔炉中，每个区域设置排气出口。每个区域可设置超过一个排气出口，或者可以不必在每个区域设置排气出口。每个排气出口和除去单元连接。在该熔炉中，除去单元116包括燃烧来自腔室的废气的燃烧器114。设置了其他燃烧器，但未在图4中表示。除去单元在燃烧气体以降低从熔炉排放的气体的环境影响中是常规的。在该熔炉中，除去单元燃烧器在800℃和1200℃之间燃烧气体。废气转移到烟囱(未显示)以将气体冷却并释放到大气。气体从烟囱释放到大气产生天然的抽力，该抽力移动气体经过除去单元，当排气出口112打开时，也将烟气从腔室102抽入除去单元116。
[0177] 排气出口具有控制出口打开和关闭的控制装置。可将出口打开至0°和100°之间变化的程度。控制装置可设置用于将每个出口打开0和30秒钟之间的时间。如果腔室中的情况需要，以维持烟气和空气的正确平衡，则出口可设置为打开更长时间。当每个排气出口打开时，来自烟囱的抽力将烟气从腔室抽入除去单元。由此，烟气被除去，来自腔室外的空气借助于闸门和冷却部分被抽入腔室。由于空气被抽入腔室，气氛中的氧的百分数增大，促进了树脂和分解产物的进一步燃烧。
[0178] 每个区域中设置氧传感器。在该熔炉中，氧传感器设置于每个区域的中部，但在其他设计中，传感器可位于每个区域的开头。氧传感器可设置用于连续或周期性采样气氛，这可通过控制器设置。希望将气氛中的氧的百分数维持在少于氧的化学计量，以实现化学分解。换言之，在熔炉的第一加热部分的气氛中存在的氧的量少于燃烧所需的量的100％。
[0179] 优选将熔炉的第一加热部分的气氛中的氧的比例控制为小于16％(v/v)，例如0.5％(v/v)直到16％(v/v)。通常优选将氧的百分数维持在小于5％(v/v)但大于1％(v/v)。气氛中的氧的确切百分数可随着待再生的复合材料而变化。
[0180] 如果气氛的氧含量背离1％和5％(v/v)之间的所需水平，则排气出口可打开一段时间，以使氧含量回到所需水平。出口可关闭以减少烟气进入除去单元的流量以降低气氛中的氧含量，或者可打开以增大到除去单元的流速从而增大气氛中的氧含量。
[0181] 当排气出口关闭，不从腔室除去烟气，且不从熔炉外将空气抽入腔室。烟气在腔室中积聚并降低腔室的气氛中的氧的百分数。树脂继续分解，但分解产物的燃烧减少，且材料中的碳纤维的燃烧减少。
[0182] 进行出口的打开和关闭以保证气氛中的氧的百分数维持在所需范围内，以使烟气发生分解和燃烧但减少碳纤维的氧化。烟囱的天然抽力不使用风扇或其他流体传输设备即可移动烟气，将空气送入腔室。必须提供对腔室的充分抽力，以防烟气通过闸门或冷却部分从腔室释放。
[0183] 同样设置皮托管测量分压并提供目测读数。如果压力超过-1mbar，则熔炉气氛将含有较大的氧度，理想的压力应为-1mbar，引起气氛朝向除去单元的轻微移动。
[0184] 在本实施方案中，除去单元位于腔室102上或者周围，而不是作为独立单元设置。因此，腔室和除去单元之间存在有利的热交换，减少处理复合材料所需的能量。除去单元一般使用气体燃烧器升高烟气的温度和燃烧其中的气体。气体燃烧器具有空气供给源和风扇，以常规方式为燃烧器供给空气。
[0185] 带106上的材料经过闸门，进入A区域。材料的温度快速升至A区域的温度，通常在200和300℃之间，然后材料经过第一加热区域B区域。B区域的温度约为425-450℃。随着材料达到该温度，树脂开始发生分解，分解产物和气氛中的氧也发生燃烧。已发现在碳纤维材料中存在可见的火焰锋118。火焰锋118通常是线性的，和带交叉延伸。火焰锋的宽度，即火焰锋沿着带行进的方向延伸的程度，可以在5cm和20cm之间，取决于带速度、温度和气氛中的氧的百分数的适当调整。火焰锋的确切宽度随温度和带的运动速度而变。可以调节这些变量以将火焰锋的正向宽度控制为所需宽度。可以理解，如果火焰锋过宽，即火焰锋沿着带的行进方向的尺寸过大，则会发生不需要的碳纤维燃烧。另一方面，如果火焰锋不够宽，则发现并非全部树脂分解，需要进一步的复合材料处理。
[0186] 相信火焰锋的存在对本发明是独特的，因为在其他再生方法中，气氛明显惰性，不能发生燃烧，实际上爆炸的风险教导应从气氛中除去氧。其他已知的方法升温非常缓慢，认为在没有强烈燃烧和火焰存在的情况下发生分解。已发现随着复合材料线性通过火焰锋，全部材料一致升至相似温度，得到的碳纤维具有一致的物质性质。已发现其他方法生产的材料会具有可变的性质，这是不希望的。
[0187] 一旦烟气产生，气氛按上面的描述控制。带上的材料经过含有B区域的第一加热部分，然后进入C区域的第二加热部分。第二加热部分不和B区域物理分离，但维持在更高的温度，一般为600到650℃。在该部分产生相对较少的烟气，气氛中的氧的百分数高于第一加热区域。在该区域发生进一步燃烧，碳纤维上保留的炭被烧掉。炭被烧掉时可以在碳纤维材料上看到浅蓝色火焰，产生清洁的碳纤维。
[0188] 第一和第二加热部分的温度高于所述第一个实施方案的相应温度。带的速度更大，因此在第一和第二部分的停留时间减少。通常，已发现第一加热区域中约4到6分钟的停留时间，和第二加热区域中另外约4到6分钟的停留时间产生所需结果，尽管比这个更少的停留时间也可能是合适的。
[0189] 材料从第二加热部分，C区域，到达D区域，D区域是缓冲区，材料进行冷却。D区域维持在200和400℃之间的温度。D区域中的气氛相对没有烟气。带将材料从D区域运至冷却部分110，按常规方式冷却。带106在卸料台122到达120。带在吸气单元124下经过，该单元用于从再生材料除去任何飘飞物。飘飞物由碳化的炭和碳纤维形成，将它除去并过滤以防止污染周围区域。已经发现和现有方法相比，产生相对极少飘飞物，因为材料进入熔炉前基本未经切割，在带上运输不被切割、磨损或翻倒。因此，和在处理前切割或研磨碳纤维材料，或者在经过再生过程中的弯曲时被旋转、压碎、翻倒或撞击，因而损坏纤维的方法得到的产品相比，得到的再生材料中的碳纤维具有更高的外观品质。
[0190] 如上所述，可从带的末尾将复合碳纤维材料送至容器。或者，如果层状材料经过熔炉，可将它从带上移除并人工分层。
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