積層材をリサイクルする方法及びシステム
【課題】既存のシステム及び方法に対して利点をもたらす、複合積層材をリサイクルして貴重な繊維及び樹脂を再生する改善されたシステム及び方法を提供すること。
【解決手段】本発明の実施形態においては、硬化複合積層材を、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物にリサイクルする方法及びシステムが提供されている。この方法により、繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを有する硬化複合積層材が提供される。硬化複合積層材に液体浸漬の前処理、液体溶媒の除去、予熱、及び硬化複合積層材の位相変化剥離を伴う急速加熱を行って、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物を得るものである。
【解決手段】本発明の実施形態においては、硬化複合積層材を、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物にリサイクルする方法及びシステムが提供されている。この方法により、繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを有する硬化複合積層材が提供される。硬化複合積層材に液体浸漬の前処理、液体溶媒の除去、予熱、及び硬化複合積層材の位相変化剥離を伴う急速加熱を行って、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物を得るものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して積層材をリサイクルする方法及びシステムに関し、さらに具体的には複合積層材を、リサイクル元の複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する回収物にリサイクルする方法及びシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複合構造体は、航空機、宇宙機、回転翼機、船、スポーツ用品、風車の構成部品、自動車、トラック、及びその他のビークル及び構造体の製造を含む幅広い種類の用途に用いられている。具体的には、複合構造体は例えば硬化樹脂マトリックスの炭素繊維等の、アライメントされ、高繊維容積分率で強化された多層の複合積層材でできており、複合構造体の寿命期間中に強度と構造サポートを提供する。
【０００３】
寿命がつきた上記複合構造体は通常、埋立地又は廃棄物焼却炉に送られる。上記複合構造体の製造プロセス中に生じた複合材の廃棄物、例えばスクラップ、トリム廃棄物等もまた同じ方法で処分される。上記の寿命末期の複合構造体及び製造廃棄物又はスクラップのリサイクルに対する認知及び必要が深まってきている。しかしながら、通常マトリックス樹脂を除去して強化繊維を得る必要がある複合積層材のリサイクルには、異種の構成材料の密接した関係と、再生後に周知のプロセスにより生じる積層材の状態を起因とする問題がある。
【０００４】
異種の積層材及び複合材をリサイクルする周知のプロセスでは通常、エネルギーを再生する及び／又はより価値の高い構成材料、例えば炭素繊維等を選択するために、機械的粉砕及び／又は熱分解が用いられる。しかしながら、上記周知のプロセスの製品の価値は、純度の問題及び／又は回収物の形態のいずれかのために限られている。さらに、上記異種の積層材のマクロ分離及び仕分けには手作業が必要なため、費用が増加する。
【０００５】
加えて、連続的な積層繊維複合材をリサイクルする周知のプロセスは樹脂マトリックスを除去してしまうため、結果として価値の低い、低繊維容積の用途にのみ適した不揃いの繊維又は線状体材料となる。ランダムに配向された再生繊維は望ましいものではなく、リサイクル元の複合積層材に使用される配向された高充填密度の配向性繊維と比較して価値が低い。ランダムに配向された再生繊維を、アライメントされた高容積分率の形態に再配向する周知のプロセスでは、回収物を製造するための費用が増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、当技術分野において既存のシステム及び方法に対して利点をもたらす、複合積層材をリサイクルして貴重な繊維及び樹脂を再生する改善されたシステム及び方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この複合積層材をリサイクルして貴重な繊維及び樹脂を再生する改善されたシステム及び方法の必要が満たされる。 以下の詳細な説明で議論されているように、改善されたシステム及び方法の実施形態は既存のシステム及び方法に対して有意な利点をもたらしうる。
【０００８】
本発明の実施形態において、硬化複合積層材を、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物にリサイクルする方法が提供されている。本方法は、樹脂マトリックスと、繊維容積分率及び薄板レベルの繊維アライメントを有する複数の繊維を含む硬化複合積層材を準備することを含む。本方法はさらに、一又は複数の液体溶媒に浸して硬化複合積層材に一又は複数の液体溶媒を実質的に吸わせることによって硬化複合積層材の前処理を行うことを含む。本方法はさらに、硬化複合積層材が吸収しなかった一又は複数の液体溶媒の超過量をすべて除去することを含む。本方法はさらに、一又は複数の液体溶媒を実質的に吸収した硬化複合積層材を、一又は複数の液体溶媒の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱することを含む。本方法はさらに、一又は複数の液体溶媒を実質的に吸収した予熱した硬化複合積層材を、一又は複数の液体溶媒の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱し、一又は複数の液体溶媒の液体から気体への位相変化を起こして硬化複合積層材を剥離させることを含む。本方法はさらに、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物を得ることを含む。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、硬化複合積層スクラップを、硬化複合積層スクラップと実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物にリサイクルする方法が提供されている。本方法は、樹脂マトリックスと、繊維容積分率及び薄板レベルの繊維アライメントを有する複数の繊維を含む硬化複合積層スクラップを準備することを含む。本方法はさらに、寸法縮小プロセスを用いて硬化複合積層スクラップの寸法を縮小させて硬化複合積層フレークを得ることを含む。本方法はさらに、硬化複合積層フレークの汚染物の仕分けと分類を行うことを含む。本方法はさらに、一又は複数の液体溶媒に浸して硬化複合積層フレークに一又は複数の液体溶媒を実質的に吸わせることによって硬化複合積層フレークの前処理を行うことを含む。本方法はさらに、硬化複合積層フレークに吸収されなかった一又は複数の液体溶媒の超過量をすべて除去することを含む。本方法はさらに、一又は複数の液体溶媒を実質的に吸収した硬化複合積層フレークを、一又は複数の液体溶媒の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱することを含む。本方法はさらに、一又は複数の液体溶媒を実質的に吸収した予熱した硬化複合積層フレークを、一又は複数の液体溶媒の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱し、一又は複数の液体溶媒の液体から気体への位相変化を起こして硬化複合積層フレークを剥離させることを含む。本方法はさらに、硬化複合積層スクラップと実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物を得ることを含む。本方法はさらに、剥離回収物の汚染物質の仕分け及び分類を行って、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物と、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物とに分ける、または、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物を成形コンパウンドのダイレクトフィードとして使用することを含む。本方法はまたさらに、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物を処理することを含み、これには、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物から樹脂マトリックスを除去し、複数の繊維を無傷に保つために非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物の複数の繊維にバインダー剤を塗布し、バインダー剤を含む剥離回収物を成形コンパウンドのフィードとして使用するステップを含みうる。本方法はまたさらに、水、ベンジルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、塩酸、及びこれらのうちの一又は複数の組み合わせを含むグループから選択される一又は複数の液体溶媒を使用しうる。
【００１０】
本方法の別の実施形態では、硬化複合積層材を、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物にリサイクルするシステムが提供されている。本システムは、樹脂マトリックスと、繊維容積分率及び薄板レベルの繊維アライメントを有する複数の繊維を含む硬化複合積層材を含む。本システムはさらに、硬化複合積層材を一又は複数の液体溶媒に浸して硬化複合積層材に一又は複数の液体溶媒を実質的に吸わせるための一又は複数の液体溶媒を含有する前処理溶媒浸漬装置を含む。本システムはさらに、硬化複合積層材に吸収されなかった一又は複数の液体溶媒の超過量をすべて除去する液体溶媒除去装置を含む。本方法はさらに、硬化複合積層材を、一又は複数の液体溶媒の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱する予熱エネルギー装置を含む。本システムはさらに、一又は複数の液体溶媒を実質的に吸収した予熱した硬化複合積層材を、実質的に一又は複数の液体溶媒の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱し、一又は複数の液体溶媒の液体から気体への位相変化を起こして硬化複合積層材を剥離させ、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物を得る位相変化剥離装置を含む。 本システムはさらに、寸法縮小装置を含みうる。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、硬化複合積層材を、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物にリサイクルする方法が提供されている。本方法は、樹脂マトリックスと、繊維容積分率及び薄板レベルの繊維アライメントを有する複数の繊維を含む硬化複合積層材を準備することを含む。本方法はさらに、硬化複合積層材を熱的に加熱して、硬化複合積層材を剥離させることを含む。本方法はさらに、樹脂マトリックスチャーを有する繊維を含む剥離回収物を得ることを含み、この剥離回収物は硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する。本方法はさらに、新たな樹脂マトリックスを剥離回収物に添加する、又はバインダー剤を剥離回収物に添加することによって剥離回収物を処理することを含みうる。本方法はさらに、一又は複数の液体溶媒に浸して硬化複合積層材に一又は複数の液体溶媒を実質的に吸わせることによって硬化複合積層材の前処理を行い、硬化複合積層材に吸収されなかった一又は複数の液体溶媒の超過量をすべて除去し、一又は複数の液体溶媒を実質的に吸収した硬化複合積層材を、一又は複数の液体溶媒の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱することを含みうる。本方法はまたさらに、制御された熱分解プロセスを用いて硬化複合積層材を剥離させ、硬化複合積層材の複数の薄板の間で樹脂マトリックスを熱分解して、個々の薄板に樹脂マトリックスチャーを有する複数の繊維が残るようにする。
【００１２】
本発明の別の実施形態では、硬化複合積層材を、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物にリサイクルするシステムが提供されている。本システムは、樹脂マトリックスと、繊維容積分率及び薄板レベルの繊維アライメントを有する複数の繊維を含む硬化複合積層材を含む。本システムはさらに、窒素雰囲気の中で硬化複合積層材を熱的に加熱して、硬化複合積層材を剥離させ、樹脂マトリックスチャーを有する繊維を含む剥離回収物を得る剥離装置を含み、剥離回収物は、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する。本システムは、新たな樹脂マトリックスを剥離回収物に添加する新たな樹脂マトリックス塗布装置をさらに含む、又はバインダー剤を剥離回収物に添加するバインダー塗布装置をさらに含む。本システムはまたさらに、硬化複合積層材を浸して硬化複合積層材に一又は複数の液体溶媒を実質的に吸わせるための一又は複数の液体溶媒を含有する前処理溶媒浸漬装置と、硬化複合積層材に吸収されなかった一又は複数の液体溶媒の超過量をすべて除去する液体溶媒除去装置と、硬化複合積層材を、一又は複数の液体溶媒の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱する予熱エネルギー装置を含む。本システムはさらに、寸法縮小装置を含みうる。
【００１３】
既に説明した特徴、機能及び利点は、本発明の様々な実施形態で独立に実現することが可能であるか、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解されうる、さらに別の実施形態で組み合わせることが可能である。
【００１４】
本発明は、好適且つ例示的な実施形態を示す添付図面と併せて、以下の詳細な説明を参照することでよりよく理解されるが、これらの図面は必ずしも正確な縮尺で描かれているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本明細書に開示されたリサイクルするシステム及び方法の実施形態の一つを使用して、航空機の寿命末期に硬化複合積層材の構成パーツをリサイクルすることができる実例となる航空機の斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは高い繊維容積充填効率を可能にする連続的な、アライメントされた繊維配向性を有する硬化複合積層材の斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは高い繊維容積充填効率を可能にする非連続的な、アライメントされた繊維配向性を有する硬化複合積層材の斜視図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは高い繊維容積充填効率を阻止する非連続的な、ランダムな繊維配向性を有する硬化複合積層材の斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは硬化複合積層材を本発明の剥離回収物にリサイクルするシステムの一実施形態のブロック図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは硬化複合積層材を本発明の剥離回収物にリサイクルするシステムの別の一実施形態のブロック図である。
【図４Ａ】図４Ａは硬化複合積層材を本発明の剥離回収物にリサイクルするシステムの別の一実施形態のブロック図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは硬化複合積層材を本発明の剥離回収物にリサイクルするシステムの別の一実施形態のブロック図である。
【図５】図５は硬化複合積層材を本発明の剥離回収物にリサイクルする方法の一実施形態のブロック図である。
【図６】図６は硬化複合積層材を本発明の剥離回収物にリサイクルする方法の別の一実施形態のブロック図である。
【図７】図７は本発明の開示の方法及びシステムの実施形態において使用可能な寸法縮小プロセス及び寸法縮小装置の実例となる実施形態のブロック図である。
【図８】図８は本発明の開示の方法及びシステムの実施形態において使用可能な予熱エネルギープロセス、予熱エネルギー、及び予熱エネルギー装置の実例となる実施形態のブロック図である。
【図９】図９は本発明の開示の方法及びシステムの実施形態において使用可能な位相変化剥離プロセス及び位相変化剥離装置の実例となる実施形態のブロック図である。
【図１０】図１０は本発明の開示の方法及びシステムの実施形態において使用可能な汚染物質の仕分け及び分類プロセス、及び汚染物質の仕分け及び分類装置の実例となる実施形態のブロック図である。
【図１１】図１１は硬化複合積層材、及び本発明の開示の方法及びシステムの実施形態でリサイクルされた剥離回収物の機械特性を比較したブロック図である。
【図１２】図１２は、本発明の方法の実例となる一実施形態のフロー図を示したものである。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の方法の別の実例となる一実施形態のフロー図を示したものである。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の方法の別の実例となる一実施形態のフロー図を示したものである。
【図１４】図１４は本発明の方法及びシステムの実例となる実施形態のステップをまとめた概略図である。
【図１５】図１５は、本発明の方法の別の実例となる一実施形態のフロー図を示したものである。
【図１６】図１６は硬化複合積層材を本発明の剥離回収物にリサイクルするシステムの別の一実施形態のブロック図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは剥離回収物の積層フレークを組み込んだ硬化複合積層材の断面の顕微鏡写真である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは剥離回収物の積層フレークを組み込んだ硬化複合積層材の断面の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付図面を参照して本発明の実施形態についてさらに詳細に説明するが、添付図面にはすべての実施形態が示されているわけではない。実際には、幾つかの種々の実施形態が提供可能であり、本明細書で説明した実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、この開示が徹底的かつ完全であり、当業者に本発明の範囲が十分に伝わるように、これらの実施形態を提示する。
【００１７】
ここで図面を参照する。図１は、実例となる航空機１０の透視図であり、航空機１０は、機体１２、機首１４、コクピット１６、機体１２に動作可能なように結合された翼１８、一又は複数の推進ユニット２０、尾部垂直安定板２２、及び一又は複数の尾部水平安定板２４を含む。上記既存の航空機１０は例えば、硬化複合積層材３０（図３〜４参照）を含みうる機体１２及び翼１８等の複合パーツを有することができる。航空機１０が寿命末期に到達した時に、硬化複合積層材を、リサイクルされた硬化複合積層材３０の複数の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５（図３Ａ〜６参照）と実質的に同じ繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａ（図３Ａ〜６参照）を維持する剥離回収物５２（図３Ａ〜６参照）にリサイクルする、本明細書に開示されたリサイクルシステム５０（図３Ａ参照）、リサイクルシステム５１（図３Ｂ参照）リサイクルシステム２００（図４Ａ参照）、リサイクルシステム２０１（図４Ｂ参照）、又はリサイクルシステム６００（図１６参照）、又は方法２７０（図５参照）、方法２８０（図６参照）、方法３００（図１２参照）、方法４００（図１３Ａ〜１３Ｂ参照）、又は方法５００（図１５参照）の実施形態のうちの一つを使用して、例えば硬化複合積層スクラップ４０（図３〜４参照）等の航空機１０の硬化複合積層材３０（図３〜４参照）をリサイクルすることができると考えられる。
【００１８】
本願の目的に対し、「繊維容積分率」とは硬化複合材の繊維の容積を意味する。複合材の繊維容積は化学マトリックス消化によって決定することができ、化学マトリックス消化において、樹脂マトリックスを溶解し、置換基の重量及び密度、又は顕微鏡写真の手法から重量を測定し計算した繊維を使用することができ、研磨した断面の所定面積の繊維の数を数えて、容積分率を各構成要素の面積分率として決定する。
【００１９】
本願の目的に対し、「薄板レベルの繊維アライメント」とは、薄板レベルでアライメントされた繊維を意味する。例えば、均質性に対するサイズ計測値は、繊維間の個々の繊維及び分離した樹脂マトリックスを均質性に対するサイズ計測値とするマイクロメカニカルレベルと呼ばれる最少計測値を含む。次の中間計測値は、個々の繊維のサイズよりもかなり大きい薄板レベルでアライメントされた繊維である。次に大きい計測値は、薄板レベルよりもかなり大きく、様々な方向に様々な薄板をスタックすることが含まれる積層レベルである。望ましいのは、中間薄板計測値の小規模の詳細な計測値と、作動可能な機構の可能性のある故障をすべて包含する広範な計測値との間のバランスが適切なことである。
【００２０】
図１に示す航空機１０は概して民間旅客機を代表するものであるが、本明細書に開示するリサイクルシステム５０、５１、２００、２０１、６００及び方法２７０、２８０、３００、４００及び５００を、その他の種類の寿命末期の航空機だけでなく、宇宙機、回転翼機、自動車、船、スポーツ用品、風車の構成部品、又はリサイクル可能な硬化複合積層材を有するその他の構造体又は構造部品をリサイクルするのに使用可能である。さらに、本発明の実施形態の教示内容を、航空機、宇宙機、回転翼機、自動車、船、スポーツ用品、風車の構成部品、又はリサイクル可能な上記硬化複合積層材を有するその他の構造体又は構造部品を製造及び生産するのに使われる硬化複合積層材等の積層材をリサイクルするのに応用することができる。硬化複合積層材等の積層材の生産において生じる製造廃棄物は、スクラップ、トリム廃棄物、チップ、カットオフ、ツーリング、未使用材料、廃棄された構造部品、期限切れの構造部品、又はその他の適切な製造廃棄物を含みうる。
【００２１】
図２Ａは、複数の繊維３２ａで繊維強化された硬化複合積層材３０ａの透視図である。積層材３０ａは好ましくは、２つ以上の薄板層３３又はプライを含む。繊維３２ａは、高い繊維容積の充填効率を可能にする、連続的な、アライメントされた繊維配向性３４を有する。本明細書に開示されたリサイクルシステム及び方法は好ましくは、連続的な、アライメントされた繊維配向性３４の形態の繊維容積分率５４（図３〜６参照）と、薄板レベルの繊維アライメント５５（図２Ａ及び図３〜６参照）を有する硬化複合積層材３０を、連続的なアライメントされた繊維配向性３４の形態の、繊維容積分率５４（図３〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５（図２Ａ及び図３〜６参照）を維持する又は保つ剥離回収物５２にリサイクルすることを対象としたものである。図２Ｂは、複数の繊維３２ｂで繊維強化された硬化複合積層材３０ｂの透視図である。繊維３２ｂは、これもまた高い繊維容積の充填効率を可能にする、非連続的な、アライメントされた繊維配向性３６を有する。図２Ｃは、複数の繊維３２ｃで繊維強化された硬化複合積層材３０ｃの透視図である。繊維３２ｃはアライメントされておらず、非連続的でランダムな繊維配向性３８を有するため、高い繊維容積の充填効率が得られない。
【００２２】
本発明の一実施形態においては、硬化複合積層材３０を、硬化複合積層材３０の複数の繊維３２（図３Ａ〜６参照）の繊維容積分率５４（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５（図２Ａ及び図３Ａ〜６参照）と実質的に同じ繊維容積分率５４ａ（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５ａ（図３Ａ〜６参照）を維持する剥離回収物５２にリサイクルするリサイクルシステム５０が提供されている。図３Ａは、硬化複合積層材３０を剥離回収物５２にリサイクルするリサイクルシステム５０の一実施形態のブロック図である。図３に示すように、リサイクルシステム５０は、樹脂マトリックス５６と、繊維容積分率５４（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５（図２Ａ及び図３Ａ〜６参照）を有し、好ましくは連続的な、アライメントされた繊維配向性３４（図２Ａ参照）の形態の複数の繊維３２を含む硬化複合積層材３０を含む。硬化複合積層材３０は、リサイクル対象の製造廃棄物、寿命末期の廃棄物、トリム廃棄物、チップ、カットオフ、ツーリング、未使用材料、廃棄された構造部品、期限切れの構造部品、又はその他の適切な硬化複合積層材を含みうる。
【００２３】
硬化複合積層材３０は、樹脂マトリックスに強化繊維を有する繊維強化された熱硬化性又は熱可塑性の複合材料からなるものであってよい。強化繊維は、カーボン、グラファイト、ガラス、硼素、セラミック、アラミド、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリマー、又はその他の適切な材料を含む材料でできたものであってよい。樹脂マトリックス５６は、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、及びフッ素重合体等の熱可塑性樹脂；エポキシ、ビスマレイミド、ポリイミド、ベンゾオキサジン、シアン酸エステル、及びポリエステル等の熱硬化性樹脂；熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の両方の特性を持つハイブリッドポリマー樹脂；又はその他の好適な樹脂材料を含む樹脂材料からできたものであってよい。
【００２４】
図３Ａに示すように、リサイクルシステム５０はさらに、前処理溶媒浸漬プロセス６１（図５参照）を用いて硬化複合積層材３０を浸して、硬化複合積層材３０に一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸わせる一又は複数の液体溶媒６０（図５参照）を含む前処理溶媒浸漬装置５８を備える。一又は複数の液体溶媒６０は、水、ベンジルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、塩酸、一又は複数のこれらの組み合わせ、又は別の適切な液体溶媒を含みうる。前処理溶媒浸漬装置５８は、ふたの開いた又は閉じた容器又はベッセルを含みうる。任意で、前処理溶媒浸漬プロセス６１は、熱６２（図５参照）で、圧力６４（図５参照）で、又は熱６２及び圧力６４を組み合わせて行うことができる。
【００２５】
図３Ａに示すように、リサイクルシステム５０はさらに、硬化複合積層材３０によって吸収されなかった一又は複数の液体溶媒６０の超過量を全て、液体溶媒除去プロセス６７（図５参照）を用いて除去する液体溶媒除去装置６６を備える。 液体溶媒除去プロセス６７は、空気にさらすこと、又は別の好適な蒸発プロセスによる蒸発を含むことができる。
【００２６】
図３Ａに示すように、リサイクルシステム５０はさらに、硬化複合積層材３０を、一又は複数の液体溶媒６０の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱する、予熱エネルギー装置６８を備える。図８は、本発明で開示される方法及びシステムの実施形態において使用可能な予熱エネルギープロセス７０、予熱エネルギー７２、及び予熱エネルギー装置６８の実例となる実施形態のブロック図である。予熱エネルギープロセス７０は熱エネルギープロセス７４を含むことができる。熱エネルギープロセス７４は、熱エネルギー装置７８を用いて熱エネルギー７６を供給する。熱エネルギープロセス７４は、伝導エネルギー装置８４、例えば伝導オーブン８６を用いて伝導エネルギー８２を供給する伝導エネルギープロセス８０を含むことができる。熱エネルギープロセス７４はさらに、例えば対流式オーブン９４等の対流エネルギー装置９２を用いて対流エネルギー９０を供給する対流エネルギープロセス８８を含むことができる。熱エネルギープロセス７４はさらに、例えば赤外線クォーツヒータ１０２等の赤外線エネルギー装置１００を用いて赤外線エネルギー９８を供給する赤外線エネルギープロセス９６を含むことができる。予熱エネルギープロセス７０はさらに、別の好適な予熱エネルギー装置６８を用いて別の好適な予熱エネルギー７２を供給する別の好適な熱エネルギープロセス７４を含むことができる。予熱エネルギープロセス７０はさらに、例えばマイクロ波送信機１１０等のマイクロ波エネルギー装置１０８を用いてマイクロ波エネルギー１０６を供給するマイクロ波エネルギープロセス１０４を含むことができる。予熱エネルギープロセス７０はさらに、別の好適なマイクロ波エネルギー装置１０８を用いて別の好適なマイクロ波エネルギー１０６を供給する別の好適なマイクロ波エネルギープロセス１０４を含むことができる。予熱エネルギープロセス７０はさらに、例えば伝導加熱コイル１１８等の伝導エネルギー装置１１６を用いて伝導エネルギー１１４を供給する伝導エネルギープロセス１１２を含むことができる。予熱エネルギープロセス７０はさらに、別の好適な伝導エネルギー装置１１６を用いて別の好適な伝導エネルギー１１４を供給する別の好適な伝導エネルギープロセス１１２を含むことができる。予熱エネルギープロセス７０はさらに、音響エネルギー装置１２４を用いて音響エネルギー１２２を供給する音響エネルギープロセス１２０を含むことができる。音響エネルギープロセス１２０は、例えば超音波振動子１３２又は超音波プローブ１３４等の超音波エネルギー装置１３０を用いて超音波エネルギー１２８を供給する超音波エネルギープロセス１２６を含むことができる。予熱エネルギープロセス７０は、上述したような所望の予熱エネルギー７２を伴う高分圧の分圧環境７３において行うことが好ましい。
【００２７】
図３Ａに示すように、リサイクルシステム５０はさらに、位相変化剥離プロセス１４２（図５参照）を用いて急速加熱エネルギー１３８（図５参照）で、予熱した硬化複合積層材３０を実質的に一又は複数の液体溶媒６０の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱して、一又は複数の液体溶媒６０の液体から気体への位相変化１４０（図５参照）を起こすことにより、硬化複合積層材３０を剥離させて剥離回収物５２を得る、位相変化剥離装置１３６を備える。 剥離回収物５２は、硬化複合積層材３０の複数の繊維３２（図３Ａ〜６参照）の繊維容積分率５４（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５（図２Ａ及び図３Ａ〜６参照）と実質的に同じ複数の繊維３２の繊維容積分率５４ａ（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５ａ（図３Ａ〜６参照）を維持することが好ましい。
【００２８】
図９は、本発明で開示される方法及びシステムの実施形態において使用可能な位相変化剥離プロセス１４２と、位相変化剥離装置１３６の実例となる実施形態のブロック図である。図９に示すように、位相変化剥離プロセス１４２は、複数の加熱エネルギープロセス１４４、急速加熱エネルギー１３８、及び加熱エネルギー装置１４６を含むことができる。加熱エネルギープロセス１４４は、熱エネルギープロセス７４を含むことができる。熱エネルギープロセス７４は、熱エネルギー装置７８を用いて熱エネルギー７６を供給する。熱エネルギープロセス７４は、伝導エネルギー装置８４、例えば伝導オーブン８６を用いて伝導エネルギー８２を供給する伝導エネルギープロセス８０を含むことができる。熱エネルギープロセス７４はさらに、例えば対流式オーブン９４等の対流エネルギー装置９２を用いて対流エネルギー９０を供給する対流エネルギープロセス８８を含むことができる。熱エネルギープロセス７４はさらに、例えば赤外線クォーツヒータ１０２等の赤外線エネルギー装置１００を用いて赤外線エネルギー９８を供給する赤外線エネルギープロセス９６を含むことができる。加熱エネルギープロセス１４４はさらに、別の好適な加熱エネルギー装置１４６を用いて別の好適な急速加熱エネルギー１３８を供給する別の好適な熱エネルギープロセス７４を含むことができる。加熱エネルギープロセス１４４はさらに、例えばマイクロ波送信機１１０等のマイクロ波エネルギー装置１０８を用いてマイクロ波エネルギー１０６を供給するマイクロ波エネルギープロセス１０４を含むことができる。加熱エネルギープロセス１４４はさらに、別の好適なマイクロ波エネルギー装置１０８を用いて別の好適なマイクロ波エネルギー１０６を供給する別の好適なマイクロ波エネルギープロセス１０４を含むことができる。加熱エネルギープロセス１４４はさらに、例えば伝導加熱コイル１１８等の伝導エネルギー装置１１６を用いて伝導エネルギー１１４を供給する伝導エネルギープロセス１１２を含むことができる。加熱エネルギープロセス１４４はさらに、別の好適な伝導エネルギー装置１１６を用いて別の好適な伝導エネルギー１１４を供給する別の好適な伝導エネルギープロセス１１２を含むことができる。加熱エネルギープロセス１４４はさらに、音響エネルギー装置１２４を用いて音響エネルギー１２２を供給する音響エネルギープロセス１２０を含むことができる。音響エネルギープロセス１２０は、例えば超音波振動子１３２又は超音波プローブ１３４等の超音波エネルギー装置１３０を用いて超音波エネルギー１２８を供給する超音波エネルギープロセス１２６を含むことができる。
【００２９】
図３Ｂは、硬化複合積層材３０を剥離回収物５２にリサイクルするリサイクルシステム５１の別の一実施形態のブロック図である。図３Ｂに示すリサイクルシステム５１は、図３Ａのリサイクルシステム５０と同じ要素を備え、追加の要素をさらに備えることができる。図３Ｂに示すように、リサイクルシステム５１は、繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５を有する複数の繊維３２を有する硬化複合積層材３０を含む。硬化複合積層材３０はさらに樹脂マトリックス５６を含む。リサイクルシステム５１はさらに、前処理溶媒浸漬装置５８、液体溶媒除去装置６６、予熱エネルギー装置６８、及び位相変化剥離装置１３６を備える。位相変化剥離装置１３６は、位相変化剥離プロセス１４２（図５参照）を用いて急速加熱エネルギー１３８（図５参照）で、予熱した硬化複合積層材３０を実質的に一又は複数の液体溶媒６０の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱して、一又は複数の液体溶媒６０の液体から気体への位相変化１４０（図５参照）を起こすことにより、硬化複合積層材３０を剥離させて剥離回収物５２を得る。 剥離回収物５２は、硬化複合積層材３０の複数の繊維３２（図３Ａ〜６参照）の繊維容積分率５４（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５（図２Ａ及び図３Ａ〜６参照）と実質的に同じ複数の繊維３２の繊維容積分率５４ａ（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５ａ（図３Ａ〜６参照）を維持することが好ましい。
【００３０】
図３Ｂに示すように、リサイクルシステム５１はさらに、剥離回収物５２の汚染物質の仕分け及び分類を行って、非損傷樹脂マトリックス１５０を有する剥離回収物１５０と、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２とに分ける汚染物質の仕分け及び分類装置１４８を備えることができる。図１０は、本発明で開示される方法及びシステムの実施形態において使用できる汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、汚染物質の仕分け及び分類装置１４８の実例となる実施形態のブロック図である。図１０に示すように、汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、汚染物質の仕分け及び分類装置１４８はそれぞれ、繊維再生浮遊選別装置１５８を使用する繊維再生浮遊選別プロセス１５６を含むことができる。汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、汚染物質の仕分け及び分類装置１４８はさらにそれぞれ、密度勾配装置１６２を使用する密度勾配プロセス１６０を含むことができる。汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、汚染物質の仕分け及び分類装置１４８はさらにそれぞれ、渦電流選別装置１６６を使用する渦電流選別プロセス１６４を含むことができる。汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、汚染物質の仕分け及び分類装置１４８はさらにそれぞれ、磁気選別装置１７０を使用する磁気選別プロセス１６８を含むことができる。汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、汚染物質の仕分け及び分類装置１４８はさらにそれぞれ、サイクロン選別装置１７４を使用するサイクロン選別プロセス１７２を含むことができる。汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、汚染物質の仕分け及び分類装置１４８はさらにそれぞれ、ふるい分け装置１７８を使用するふるい分けプロセス１７６を含むことができる。汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、汚染物質の仕分け及び分類装置１４８はさらにそれぞれ、別の好適な汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、別の好適な汚染物質の仕分け及び分類装置１４８を含むことができる。
【００３１】
図３Ｂに示すように、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物１５０を第１成形コンパウンド１８２のダイレクトフィード１８０として使用することができる。図１４に示すある実施形態では、ダイレクトフィード１８０は非損傷樹脂マトリックスを有する単一の薄板厚さの複合フレーク２６８を含むことができる。あるいは、図３Ｂに示すように、非損傷樹脂を有さない剥離回収物１５２をさらに処理することができ、リサイクルシステム５１はさらに、樹脂マトリックス除去装置１８４と、バインダー塗布装置１８６を備える。樹脂マトリックス除去装置１８４は、非損傷樹脂を有さない剥離回収物１５２から樹脂マトリックス５６を除去するために、樹脂マトリックス除去プロセス１８８を用いる。樹脂マトリックス除去プロセス１８８は、樹脂マトリックスを除去するための既知の熱分解プロセスを含むことができる、又は別の好適な樹脂マトリックス除去プロセスを含むことができる。バインダー塗布プロセス１９０を使用して、バインダー塗布装置１８６で複数の繊維３２にバインダー剤１９４を塗布することにより繊維３２を無傷に保つことが好ましい。バインダー剤１９４が塗布された剥離回収物５２は次に第２成形コンパウンド１９８のフィード１９６として使用することができる。図１４に示す一実施形態において、フィード１９０は単一の薄板厚さの複合繊維フレーク２６９を含むことができる。
【００３２】
図４Ａは、好ましくは硬化複合積層スクラップ４０の形態の硬化複合積層材３０を、好ましくは硬化複合積層フレーク２５０の形態の剥離回収物５２にリサイクルするリサイクルシステム２００の別の一実施形態のブロック図である。リサイクルシステム５０と同様のこの実施形態では、リサイクルシステム２００はさらに、寸法縮小プロセス２０２（図６参照）で使用される寸法縮小装置２０４を備える。寸法縮小プロセス２０２は、前処理溶媒浸漬装置５８で用いられる前処理溶媒浸漬プロセス６１（図５参照）の前に行われる。図７は、本発明で開示される方法及びシステムの実施形態において使用可能な寸法縮小プロセス２０２と寸法縮小装置２０４の実例となる実施形態のブロック図である。図７に示すように、寸法縮小プロセス２０２と寸法縮小装置２０４はそれぞれ、破砕装置２０８を使用する破砕プロセス２０６を備えることができる。寸法縮小プロセス２０４と寸法縮小装置２０２はさらにそれぞれ、粉砕装置２１２を使用する粉砕プロセス２１０を含むことができる。寸法縮小プロセス２０４と寸法縮小装置２０２はさらにそれぞれ、切削装置２１６を使用する切削プロセス２１４を含むことができる。寸法縮小プロセス２０４と寸法縮小装置２０２はさらにそれぞれ、研削装置２２０を使用する研削プロセス２１８を含むことができる。寸法縮小プロセス２０４と寸法縮小装置２０２はさらにそれぞれ、圧壊装置２２４を使用する圧壊プロセス２２２を含むことができる。寸法縮小プロセス２０４と寸法縮小装置２０２はさらにそれぞれ、せん断装置２２８を使用するせん断プロセス２２６を含むことができる。寸法縮小プロセス２０４と寸法縮小装置２０２はさらにそれぞれ、別の好適な寸法縮小プロセス２０４及び別の好適な寸法縮小装置２０２を含むことができる。
【００３３】
さらに、図４Ａで示すように、この実施形態において、リサイクルシステム２００は、前処理溶媒浸漬装置５８で使用される前処理浸漬プロセス６１（図５参照）の前に、寸法が縮小された硬化複合積層材３０の汚染物質の仕分け及び分類を行う汚染物質の仕分け及び分類装置１４８を備える。 汚染物質の仕分け及び分類装置１４８と、汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４を図１０に示し上に説明した。
【００３４】
図４Ａに示すように、リサイクルシステム２００は前処理溶媒浸漬装置５８、液体溶媒除去装置６６、予熱エネルギー装置６８、位相変化剥離装置１３６、及び剥離回収物５２を含む。剥離回収物５２は、硬化複合積層材３０の複数の繊維３２（図３Ａ〜６参照）の繊維容積分率５４（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５（図２Ａ及び図３Ａ〜６参照）と実質的に同じ複数の繊維３２の繊維容積分率５４ａ（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５ａ（図３Ａ〜６参照）を維持することが好ましい。
【００３５】
図４Ｂは、好ましくは硬化複合積層スクラップ４０の形態の硬化複合積層材３０を、好ましくは硬化複合積層フレーク２５０の形態の剥離回収物５２にリサイクルするリサイクルシステム２０１の別の一実施形態のブロック図である。図４Ｂに示すリサイクルシステム２０１は、図４Ａのリサイクルシステム２００と同じ要素を備え、追加の要素をさらに備えることができる。図４Ｂに示すように、リサイクルシステム２０１は好ましくは硬化複合積層スクラップ４０の形態の硬化複合積層材３０を含む。硬化複合積層スクラップ４０は、繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５を有する複数の繊維３２を含む。硬化複合積層スクラップ４０はさらに、樹脂マトリックス５６を含む。リサイクルシステム２０１はさらに、寸法縮小装置２０４、この実施形態で２回使用される汚染物質の仕分け及び分類装置１４８、前処理溶媒浸漬装置５８、液体溶媒除去装置６６、予熱エネルギー装置６８、及び位相変化剥離装置１３６を備える。位相変化剥離装置１３６は、位相変化剥離プロセス１４２（図５参照）を用いて急速加熱エネルギー１３８（図５参照）で、予熱した硬化複合積層材３０を実質的に一又は複数の液体溶媒６０の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱して、一又は複数の液体溶媒６０の液体から気体への位相変化１４０（図５参照）を起こすことにより、硬化複合積層材３０を剥離させて剥離回収物５２を得る。剥離回収物５２は、硬化複合積層フレーク２０５（図４Ｂ）の形態であることが好ましい。硬化複合積層フレーク２０５は、硬化複合積層材３０の複数の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ複数の繊維３２の繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する。
【００３６】
図４Ｂに示すように、リサイクルシステム２０１はさらに、剥離回収物５２に使用する汚染物質の仕分け及び分類装置１４８を備える。図４Ｂに示すように、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物１５０を第１成形コンパウンド１８２のダイレクトフィード１８０として使用することができる。あるいは、非損傷樹脂を有さない剥離回収物１５２をさらに処理することができ、樹脂マトリックス除去装置１８４及びバインダー塗布装置１８６をさらに備えることができる。樹脂マトリックス除去装置１８４は、非損傷樹脂を有さない剥離回収物１５２から樹脂マトリックス５６を除去する。バインダー塗布装置１８６は、バインダー剤１９４を複数の繊維３２に塗布して、繊維３２を無傷に保つ。バインダー剤１９４を塗布した剥離回収物５２を次に第２成形コンパウンド１９８のフィード１９６として使用可能である。
【００３７】
図１１は、元の、リサイクルされていない、硬化複合積層材３０の機械特性２２９ａと、本発明で開示された方法及びシステムの実施形態でリサイクルされた剥離回収物５２の機械特性２２９ｂを比較したブロック図である。剥離回収物５２の繊維剛性２３０ｂ、繊維容積ローディング２３２ｂ、及び熱膨張係数２３４ｂが全て硬化複合積層材３０の繊維剛性２３０ａ、繊維容積ローディング２３２ａ、及び熱膨張係数２３４ａと同程度であることが好ましい。図１１に示すように、剥離回収物５２の繊維剛性２３０ｂ、繊維容積ローディング２３２ｂ、及び熱膨張係数２３４ｂが全て硬化複合積層材３０の繊維剛性２３０ａ、繊維容積ローディング２３２ａ、及び熱膨張係数２３４ａと同程度であることが好ましい。
【００３８】
本発明の別の実施形態では、リサイクル方法２７０が提供されている。図５は、硬化複合積層材３０を本発明の剥離回収物５２にリサイクルするリサイクル方法２７０の一実施形態のブロック図である。図５は、繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５を有する繊維３２を有する硬化複合積層材３０を示し、硬化複合積層材３０はさらに、樹脂マトリックス５６を含む。硬化複合積層材３０は、一又は複数の液体溶媒６０、任意の熱６２、及び任意の圧力６５で前処理溶媒浸漬プロセス６１で処理される。硬化複合積層材３０は次に、液体溶媒除去プロセス６７で処理される。硬化複合積層材３０は次に、上述し図８に示すように、予熱エネルギー７０で分圧環境７３において予熱エネルギープロセス６８で処理される。硬化複合積層材３０は次に、上述し図９に示すように、急速加熱エネルギー１３８で位相変化剥離プロセス１４２で処理され、一又は複数の液体溶媒６０の液体から気体への位相変化１４０が起こる。結果的に得られた剥離回収物５２は、複数の繊維３２の繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを伴う繊維３２を有する硬化複合積層フレーク２５０の形態であってよく、繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａは、リサイクルされた硬化複合積層材３０の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じである。結果として得られた剥離回収物５２は次に、上に詳しく記載し図１０に示すように、汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４で処理される。
【００３９】
図５に示すように、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物１５０を第１成形コンパウンド１８２のダイレクトフィード１８０として使用することができる。あるいは、非損傷樹脂を有さない剥離回収物１５２をさらに処理することができ、リサイクル方法２７０はさらに、樹脂マトリックス除去プロセス１８８とバインダー塗布プロセス１９０を含む。樹脂マトリックス除去プロセス１８８は、非損傷樹脂を有さない剥離回収物１５２から樹脂マトリックス５６を除去する。樹脂マトリックス除去プロセス１８８は、樹脂マトリックス５６を除去するための既存の熱分解プロセスを含みうる、又は別の好適な樹脂マトリックス除去プロセスを含みうる。バインダー塗布プロセス１９０は、繊維３２を無傷に保つために複数の繊維３２にバインダー剤１９４を塗布する。バインダー剤１９４を塗布した剥離回収物５２は次に、第２成形コンパウンド１９８のフィード１９６として使用することができる。
【００４０】
本発明の別の実施形態では、リサイクル方法２８０が提供されている。図６は、硬化複合積層スクラップ４０を好ましくは硬化複合積層フレーク２５０の形態の剥離回収物５２にリサイクルする方法２８０の一実施形態のブロック図である。図６は繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５を有する繊維３２を含む硬化複合積層スクラップ４０を示し、硬化複合積層スクラップ４０はさらに樹脂マトリックス５６を有する。硬化複合積層スクラップ４０は上に詳しく記載し図７に示すように、最初に寸法縮小プロセス２０２で処理される。硬化複合積層スクラップ４０は次に、上に詳しく記載し図１０に示すように、汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４で処理される。硬化複合積層スクラップ４０は次に、一又は複数の液体溶媒６０、任意の熱６２、及び任意の圧力６５を用いて前処理溶媒浸漬プロセス６１で処理される。硬化複合積層スクラップ４０は次に、液体溶媒除去プロセス６７で処理される。硬化複合積層スクラップ４０は次に、上述し図８に示すように、予熱エネルギー７２で分圧環境７３において予熱エネルギープロセス７０で処理される。硬化複合積層スクラップ４０は次に、上述し図９に示すように、急速加熱エネルギー１３８で位相変化剥離プロセス１４２で処理され、一又は複数の液体溶媒６０の液体から気体への位相変化１４０が起こる。結果的に得られた剥離回収物５２は、リサイクルされた硬化複合積層スクラップ４０の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを伴う繊維３２を有する硬化複合積層フレーク２５０の形態であることが好ましい。結果として得られた剥離回収物５２は次に、上に詳しく記載し図１０に示すように、汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４で処理される。
【００４１】
図６に示すように、非損傷樹脂マトリックス１５０を有する剥離回収物を第１成形コンパウンド１８２のダイレクトフィード１８０として使用することができる。あるいは、非損傷樹脂を有さない剥離回収物１５２をさらに処理することができ、リサイクル方法２８０はさらに、樹脂マトリックス除去プロセス１８８とバインダー塗布プロセス１９０を含みうる。樹脂マトリックス除去プロセス１８８は、非損傷樹脂を有さない剥離回収物１５２から樹脂マトリックス５６を除去する。樹脂マトリックス除去プロセス１８８は、樹脂マトリックス５６を除去するための既存の熱分解プロセスを含みうる、又は別の好適な樹脂マトリックス除去プロセスを含みうる。バインダー塗布プロセス１９０は、繊維３２を無傷に保つために複数の繊維３２にバインダー剤１９４を塗布する。バインダー剤１９４を塗布した剥離回収物５２は次に、第２成形コンパウンド１９８のフィード１９６として使用することができる。
【００４２】
本発明の別の実施形態では、リサイクル方法３００が提供されている。図１２は、本発明のリサイクル方法３００の実例となる実施形態のフロー図である。図１２に示すように、本発明の実施形態では、硬化複合積層材３０（図５参照）を、硬化複合積層材の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する剥離回収物５２（図５参照）にリサイクルするリサイクル方法３００が提供されている。リサイクル方法３００は、樹脂マトリックス５６と、繊維容積分率５４及び薄板レベルの繊維アライメント５５を有する複数の繊維３２を含む硬化複合積層材３０を準備するステップ３０２を含む。硬化複合積層材３０は、製造スクラップ、寿命末期のスクラップ、トリム廃棄物、チップ、カットオフ、ツーリング、未使用材料、廃棄された構造部品、期限切れの構造部品、又はその他の適切なリサイクルされる硬化複合積層材３０を含む硬化複合積層品であることが好ましい。
【００４３】
リサイクル方法３００はさらに、一又は複数の液体溶媒６０（図５参照）に浸して硬化複合積層材３０に一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸わせることによって硬化複合積層材３０の前処理を行うステップ３０４を含む。リサイクル方法３００はさらに、硬化複合積層材３０に吸収されなかった一又は複数の液体溶媒６０の超過量をすべて除去するステップ３０６を含む。
【００４４】
リサイクル方法３００はさらに、一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸収した硬化複合積層材３０を、一又は複数の液体溶媒６０の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱するステップ３０８を含む。予熱ステップは、高分圧であることが好ましい分圧環境７３（図５参照）において、伝導エネルギー８２（図８参照）、対流エネルギー９０（図８参照）、又は赤外線エネルギー９８（図８参照）を含む熱エネルギー７６（図８参照）；マイクロ波エネルギー１０６（図８参照）；誘導エネルギー１１４（図８参照）；超音波エネルギー１２８（図８参照）を含む音響エネルギー１２２（図８参照）、又は別の好適な予熱エネルギーを含む予熱エネルギー７２（図５参照）で行われることが好ましい。
【００４５】
リサイクル方法３００はさらに、一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸収した予熱した硬化複合積層材３０を、一又は複数の液体溶媒６０の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱し、一又は複数の液体溶媒６０の液体から気体への位相変化１４０（図５参照）を起こして硬化複合積層材３０を剥離させるステップ３１０を含む。予熱した硬化複合積層材の急速加熱は、伝導エネルギー８２（図９参照）、対流エネルギー９０（図９参照）、又は赤外線エネルギー９８（図９参照）を含む熱エネルギー７６（図９参照）；マイクロ波エネルギー１０６（図９参照）；誘導エネルギー１１４（図９参照）；超音波エネルギー１２８（図９参照）を含む音響エネルギー１２２（図９参照）、又は別の好適な加熱エネルギーを含む加熱エネルギー１３８（図９参照）で行われる。リサイクル方法３００はさらに、硬化複合積層材３０の複数の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ複数の繊維３２の繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する剥離回収物５２（図５参照）を得るステップ３１２を含む。
【００４６】
リサイクル方法３００はさらに、剥離回収物５２の汚染物質の仕分け及び分類を行って、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物１５０（図５参照）と、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２（図５参照）とに分ける任意のステップ３１４を含む。リサイクル方法３００はさらに、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物１５０を第１成形コンパウンド１８２（図５参照）のダイレクトフィード１８０（図５参照）として使用する任意のステップ３１６を含む。
【００４７】
リサイクル方法３００はさらに、任意の追加ステップを含みうる。例えば、リサイクル方法３００は前処理ステップ３０４を行う前に、破砕プロセス２０６、粉砕プロセス２１０、切削プロセス２１４、研削プロセス２１８、圧壊プロセス２２２、せん断プロセス２２６又は別の好適な寸法縮小プロセス等の寸法縮小プロセス２０２（図７参照）を用いて、硬化複合積層材３０の寸法を縮小させるステップを含むことができる。リサイクル方法３００は前処理ステップ３０４を行う前に、例えば繊維再生浮遊選別プロセス１５６、密度勾配プロセス１６０、渦電流選別プロセス１６４、磁気選別プロセス１６８、サイクロン選別プロセス１７２、ふるい分けプロセス１７６、又は別の好適な汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４等の汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４（図１０参照）を用いて硬化複合積層材３０の汚染物質の仕分け及び分類を行うステップをさらに含むことができる。リサイクル方法３００はさらに、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２から樹脂マトリックス５６を除去し、バインダー剤１９４（図３Ｂ参照）を非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２の複数の繊維３２に塗布することによって複数の繊維３２を無傷に保つように非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物を処理し、バインダー剤１９４を塗布した剥離回収物５２を第２成形コンパウンド１９８（図３Ｂ参照）のフィード１９６として使用することを含むことができる。
【００４８】
本発明の別の実施形態では、リサイクル方法４００が提供されている。図１３Ａ〜１３Ｂは、本発明のリサイクル方法４００の別の実例となる実施形態のフロー図である。図１３Ａ〜１３Ｂに示すように、本発明の実施形態では、硬化複合積層スクラップ４０（図６参照）を、硬化複合積層スクラップ４０の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する剥離回収物５２にリサイクルするリサイクル方法４００が提供されている。図１３Ａに示すように、リサイクル方法４００は、樹脂マトリックス５６と、繊維容積分率５４及び薄板レベルの繊維アライメント５５を有する複数の繊維３２を含む硬化複合積層スクラップ４０を準備するステップ４０２を含む。
【００４９】
図１３Ａに示すように、リサイクル方法４００はさらに、寸法縮小プロセス２０２（図６参照）を用いて硬化複合積層スクラップ４０の寸法を縮小して硬化複合積層フレーク２５０（図６参照）を得るステップ４０４を含む。リサイクル方法４００はさらに、硬化複合積層フレーク２５０の汚染物質の仕分け及び分類を行うステップ４０６を含む。図１３Ａに示すように、リサイクル方法４００はさらに、硬化複合積層フレーク２５０を一又は複数の液体溶媒６０（図６参照）に浸して硬化複合積層フレーク２５０に一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸わせることによって硬化複合積層フレーク２５０の前処理を行うステップ４０８を含む。図１３Ａに示すように、リサイクル方法４００はさらに、硬化複合積層フレーク２５０に吸収されなかった一又は複数の液体溶媒６０の超過量をすべて除去するステップ４１０を含む。図１３Ａに示すように、リサイクル方法はさらに、一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸収した硬化複合積層フレーク２５０を、一又は複数の液体溶媒６０の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱するステップ４１２を含む。予熱エネルギープロセス７０（図６参照）は上に詳しく記載され、図８に示されている。
【００５０】
図１３Ａに示すように、リサイクル方法４００はさらに、一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸収した予熱した硬化複合積層フレーク２５０を、一又は複数の液体溶媒の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱し、一又は複数の液体溶媒６０の液体から気体への位相変化１４０（図６参照）を起こして硬化複合積層フレーク２５０を剥離させるステップ４１４を含む。急速加熱ステップ４１４は、上に詳しく記載し図９に示す位相変化剥離プロセス１４２を含むことが好ましい。
【００５１】
図１３Ａに示すように、リサイクル方法４００はさらに、硬化複合積層スクラップ４０の複数の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ複数の繊維３２の繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する剥離回収物５２（図６参照）を得るステップ４１６を含む。
【００５２】
図１３Ｂに示すように、リサイクル方法４００はさらに、剥離回収物５２の汚染物質の仕分け及び分類を行って、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物１５０（図６参照）と、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２（図６参照）とに分ける任意の汚染物質の仕分け及び分類ステップ４１８を含みうる。
【００５３】
図１３Ｂに示すように、リサイクル方法４００はさらに、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物１５０を第１成形コンパウンド１８２（図６参照）のダイレクトフィード１８０（図６参照）として使用する任意のステップ４２０を含むことができる。図１３Ｂに示すように、リサイクル方法４００はさらに、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２から樹脂マトリックス５６を除去するステップ４２４と、バインダー剤１９４（図３Ｂ参照）を非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２の複数の繊維３２に塗布して複数の繊維３２を無傷に保つステップ４２６を含む、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２の処理を行う任意のステップ４２２と、バインダー剤１９４を塗布した剥離回収物５２を第２成形コンパウンド１９８（図６参照）のフィード１９６（図６参照）として使用するステップ４２８を含むことができる。
【００５４】
図１４は、本発明の方法及びシステムの実例となる実施形態で使用可能なステップを要約した概略図である。図１４は、寸法縮小プロセス２０２に投入され処理される硬化複合積層スクラップ４０を示す。寸法縮小プロセス２０２は、上述し図７に示す寸法縮小装置２０４を使用することが好ましい。寸法が縮小した硬化複合積層スクラップ４０は次に汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４に送られる。図１４に示すように、汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４においては、再生繊維の微粉砕物２６２、廃棄物２６４、有価金属材料２６６、又はその他の適切な生産物が生じうる。汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４は、上述し図１０に示す汚染物質の仕分け及び分類装置１４８を使用することが好ましい。縮小し、仕分けされた硬化複合積層スクラップ４０は次に、前処理溶媒浸漬プロセス６１で処理される。前処理溶媒浸漬プロセス６１は、上述した前処理溶媒浸漬装置５８（図４Ｂ参照）を使用することが好ましい。縮小し、仕分けされ、前処理した硬化複合積層スクラップ４０は次に、液体溶媒除去プロセス６７で処理される。液体溶媒除去プロセス６７は、上述した液体溶媒除去装置６６（図４Ｂ参照）を使用することが好ましい。液体溶媒除去プロセス６７の後で、縮小し、仕分けされ、前処理した、超過量の溶媒が除去された硬化複合積層スクラップ４０は、前処理溶媒浸漬プロセス６１に戻されさらに浸漬させる、又は予熱エネルギープロセス７０に進ませることができる。予熱エネルギープロセス７０は、上述し図８に示す予熱エネルギー装置６８を使用することが好ましい。縮小し、仕分けされ、前処理した、超過量の溶媒が除去され、予熱した硬化複合積層スクラップ４０は次に、位相変化剥離プロセス１４２で処理される。位相変化剥離プロセス１４２は、上述し図９に示す位相変化剥離装置１３６を使用することが好ましい。図１４に示すように、結果として得られた生産物は次に、汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４で処理される。非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物１５０を、非損傷樹脂マトリックスを有する単一の薄板厚さの複合フレーク２６８の形態等のダイレクトフィード１８０として使用可能である。あるいは、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２を樹脂マトリックス除去プロセス１８８及びバインダー塗布プロセス１９０で処理して、単一の薄板厚さの複合繊維フレーク２６９の形態等のフィード１９６として使用する。
【００５５】
図１５は、本発明の方法５００の別の実例となる実施形態のフロー図を示したものである。この実施形態では、硬化複合積層材３０を、硬化複合積層材３０の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する剥離回収物５２にリサイクルする方法５００が提供されている。方法５００は、樹脂マトリックス５６と、繊維容積分率５４及び薄板レベルの繊維アライメント５５を有する複数の繊維３２を含む硬化複合積層材３０を準備するステップ５０２を含む。方法５００はさらに、一又は複数の液体溶媒６０に浸して硬化複合積層材３０に一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸わせることによって硬化複合積層材３０の前処理を行う任意のステップ５０４を含むことができる。方法５００はさらに、硬化複合積層材３０が吸収しなかった一又は複数の液体溶媒の超過量をすべて除去する任意のステップ５０６を含みうる。方法５００はさらに、一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸収した硬化複合積層材３０を、一又は複数の液体溶媒の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱する任意のステップ５０８を含みうる。
【００５６】
方法５００はさらに、窒素雰囲気又は環境において硬化複合積層材３０を熱的に加熱して、硬化複合積層材３０を剥離させるステップ５１０を含む。硬化複合積層材３０は、窒素雰囲気又は環境においてオーブン等の加熱装置での制御熱分解を用いて加熱されることが好ましい。硬化複合積層材３０は、華氏約５００度よりも高い温度で約１時間の間加熱されることが好ましい。しかしながら、加熱温度及び加熱時間は熱的に加熱される硬化複合積層材３０の種類によって変わる。硬化複合積層材３０を窒素雰囲気において個々の薄板に剥離するまで十分に加熱した後で、方法５００はさらに、樹脂マトリックスチャー６０４（図１６参照）を有する繊維３２を含む剥離回収物５２ａを得るステップ５１２を含む。剥離回収物５２は、硬化複合積層材３０の複数の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ繊維３２の繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する。
【００５７】
剥離回収物５２ａが得られたら、次に、新たな樹脂マトリックス塗布装置６０６で既存の圧密プロセスを用いて新たな樹脂マトリックス６０８（図１６参照）で任意に圧密化してもよい。新たな樹脂マトリックス６０８が塗布された剥離回収物５２ａは次に、例えばパネル又は複合パーツ等の構造体６１０（図１６参照）に作り替えられる。あるいは、剥離回収物５２ａが得られたら、次に、バインダー塗布装置１８６で既存の圧密プロセスを用いてバインダー剤１９４（図１６参照）で任意に圧密化してもよい。バインダー剤１９４を塗布した剥離回収物５２ａは次にフィード１９６として用いて、上述した第２成形コンパウンド１９８にされる。
【００５８】
図１６は、硬化複合積層材３０を、硬化複合積層材３０の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する剥離回収物５２ａにリサイクルするリサイクルシステム６００の別の一実施形態のブロック図である。図１６に示すように、リサイクルシステム６００は、樹脂マトリックス５６と、繊維容積分率５４及び薄板レベルの繊維アライメント５５を有する複数の繊維３２を含む硬化複合積層材３０を含む。薄板レベルの繊維アライメントは、連続的な、アライメントされた繊維配向性３４の形態（図２Ａ参照）であることが好ましい。硬化複合積層材３０は、製造スクラップ、寿命末期のスクラップ、トリム廃棄物、チップ、カットオフ、ツーリング、未使用材料、廃棄された構造部品、期限切れの構造部品、又はその他の適切なリサイクル対象の硬化複合積層材３０を含みうる。
【００５９】
図１６に示すように、リサイクルシステム６００はさらに、硬化複合積層材３０を前処理溶媒浸漬プロセス６１（図５参照）を用いて浸して硬化複合積層材３０に一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸わせるための一又は複数の液体溶媒６０（図５参照）を含む前処理溶媒浸漬装置５８を任意に含みうる。一又は複数の液体溶媒６０は、水、ベンジルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、塩酸、及びこれらのうちの一又は複数の組み合わせ、又は別の好適な液体溶媒を含みうる。前処理溶媒浸漬装置５８は、ふたの開いた又は閉じた容器又はベッセルを含みうる。任意で、前処理溶媒浸漬プロセス６１は熱６２（図５参照）で、圧力６４（図５参照）で、又は熱６２と圧力６４を組み合わせて行うことができる。
【００６０】
図１６に示すように、リサイクルシステム６００はさらに、硬化複合積層材３０が吸収しなかった一又は複数の液体溶媒６０の超過量をすべて、液体溶媒除去プロセス６７（図５参照）を用いて除去する液体溶媒除去装置６６を任意に含みうる。液体溶媒除去プロセス６７は、空気にさらすこと、又は別の好適な蒸発プロセスによる蒸発を含むことができる。
【００６１】
図１６に示すように、リサイクルシステム６００はさらに、硬化複合積層材３０を、一又は複数の液体溶媒６０の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱する予熱エネルギー装置６８を任意に含むことができる。予熱エネルギー装置６８と予熱エネルギープロセス７０は上に詳しく記載し図８に示されている。
【００６２】
図１６に示すように、リサイクルシステム６００はさらに、窒素雰囲気又は環境において硬化複合積層材３０を熱的に加熱して、硬化複合積層材３０を剥離させる剥離装置６０２を含む。剥離装置６０２は、好ましくは華氏約５００度よりも高い温度で窒素雰囲気において硬化複合積層材３０を加熱できる熱分解装置であることが好ましい。図１６に示すように、硬化複合積層材３０を剥離装置６０２を用いて剥離させると、剥離回収物５２ａができる。得られた又は生産された剥離回収物５２ａは、樹脂マトリックスチャー６０４を有する繊維３２を含む。剥離回収物５２ａは、硬化複合積層材３０の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ繊維３２の繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する。
【００６３】
方法５００とリサイクルシステム６００は、制御熱分解プロセスを使って硬化複合積層材３０を分離させることが好ましい。時間、温度、及び分圧環境（図５参照）は、薄板層３３（図２Ａ参照）間の樹脂マトリックス５６を選択的に熱分解して、最小量の樹脂マトリックス５６及び／又は樹脂マトリックスチャー６０２（図１６参照）を無傷に保つと同時に、硬化複合積層フレーク２５０（図４Ｂ参照）の形態であってよい剥離回収物５２ａの密着性を保護するように制御することができる。さらに、制御熱分解は、硬化複合積層材３０の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ繊維３２の繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する又は保護することが好ましい。
【００６４】
任意で、方法５００及びリサイクルシステム６００はさらに、前処理溶媒浸漬装置５８を使用する前に使用する寸法縮小装置２０４（図４Ｂ参照）を使用する寸法縮小プロセス２０２（図６参照）を含むことができる。任意で、方法５００及びリサイクルシステム６００はさらに、前処理溶媒浸漬装置５８を使用する前に使用する汚染物質の仕分け及び分類装置１４８（図４Ｂ参照）を使用する汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４（図６参照）を含むことができる。
【００６５】
弾性係数試験リサイクルシステム６００を使用して、方法５００によって得られた剥離回収物の薄板フレークが組み込まれた硬化複合積層材に、弾性係数試験を実施した。この用途目的のために、弾性係数又は引張係数試験を実施して、ポリマー樹脂マトリックスに剥離回収物の薄板フレークが組み込まれた硬化複合積層材の剛性を測定した。薄板フレークの形態の剥離回収物は、約１時間の間、華氏約５００度の温度で実質的に純粋な窒素雰囲気又は環境の伝導オーブンを用いた制御熱分解プロセスで、破砕された硬化炭素複合積層材を加熱することによって得られた。十分な加熱と熱分解の後で、結果として得られたフレーク材を冷却し、圧密化プロセスを用いて剥離フレークにポリマー樹脂マトリックスを添加した。樹脂と再生したフレーク材に十分な熱と十分な圧力をかけて、圧密化された複合パネルを形成した。ポリマー樹脂マトリックスの硬化複合積層フレークを有するパネルから３つのクーポンを切削した。試験クーポンを１分当たり０．０５インチの引張変位の速さでロードしながら、ロードセルと伸び計を組み込んだ単軸ロードフレームで印加した負荷及び歪み量をそれぞれ測定して、クーポンに対し引張力の試験を行った。３つのクーポンそれぞれの弾性係数をギガパスカル（ＧＰａ）の単位で計算した。１番のクーポンの弾性係数は４２ＧＰａであった。２番のクーポンの弾性係数は４１ＧＰａであった。３番のクーポンの弾性係数は２９ＧＰａであった。１、２、及び３番のクーポンの平均弾性係数は３７．３ＧＰａであった。
【００６６】
図１７Ａ〜１７Ｂに、上述した弾性係数試験において１、２及び３番のクーポンに使用された同じパネルから取った別のクーポンから剥離回収物の薄板フレークが組み込まれた硬化複合積層材の断面の顕微鏡写真を示す。図１７Ａは、パネルのクーポンから取ったポリマーマトリックス硬化複合積層材７０２に組み込まれた剥離回収物の薄板フレークの第１顕微鏡写真の断面７００ａを示している。第１顕微鏡写真の断面７００ａに示す有孔領域７０４の数は少ない。図１７Ｂは、図１７Ａのように、同じパネルのクーポンから取ったポリマーマトリックス硬化複合積層材７０２に組み込まれた剥離回収物の薄板フレークの第２顕微鏡写真の断面７００ｂを示している。第２顕微鏡写真の断面７００ｂに示す有孔領域７０４の数は少ない。顕微鏡写真は約５０倍の倍率で光学顕微鏡カメラで撮ったものである。図１７Ａ〜１７Ｂに示す結果的に得られた回収積層材は、リサイクル元の非リサイクル積層材と視覚的に同等であり、既存の非リサイクル積層材と視覚的に同等である。
【００６７】
本明細書に開示したシステム５０、５１、２００、２０１、６００と、方法２７０、２８０、３００、４００、５００の実施形態は積層材を効率的に分離することができ、ここでは積層材を最初に溶媒（水、ベンジルアルコール、又は別の好適な溶媒）で処理し、次に急速に加熱して、位相変化を起こして積層材のプライを剥離及び分離させ、純度の高い回収物を得、また連続的な繊維配向性の複合材の場合は、繊維強化剥離フレークの形態の高い繊維容積ローディングの維持につながる。上記剥離材を次に既存の分類技術によって分離して、配向された価値の高い炭素繊維の再利用を促進することができる。
【００６８】
さらに、本明細書に開示したシステム５０、５１、２００、２０１、６００と、方法２７０、２８０、３００、４００、５００の実施形態は、例えばチップ又はフレークなどの硬化複合積層材の繊維の元の配向性を維持するシステム及び方法を生み出すことによって、例えば炭素繊維回収物等の剥離回収物の繊維配向性の問題に対処するものである。結果として得られた剥離チップ又はフレークを使用して、価値の高い複合パーツを作製することができる。開示したシステム及び方法により、炭素繊維の元の配向性が維持及び保護され、価値の高いより有用な最終生成物が得られる。
【００６９】
上述の説明及び関連する図面に示した教示の利点を有するこのような発明に関連する当業者であれば、本明細書に記載した多数の変形例および他の実施形態が想起されよう。本明細書に記載した実施形態は、例示することを意図したものであって、限定的又は網羅的であることを意図していない。本明細書では特定の用語を使用しているが、それらは、一般的及び説明的な意味でのみ使用されており、限定を目的として使用されているものではない。
【符号の説明】
【００７０】
３０ 硬化複合積層材
３２ 繊維
４０ 硬化複合積層スクラップ
５０ リサイクルシステム
５１ リサイクルシステム
５２ 剥離回収物
５２ａ 剥離回収物
５４ 繊維容積分率
５４ａ 繊維容積分率
５５ 薄板レベルの繊維アライメント
５５ａ 薄板レベルの繊維アライメント
５６ 樹脂マトリックス
５８ 前処理溶媒浸漬装置
６０ 一又は複数の液体溶媒
６１ 前処理溶媒浸漬プロセス
６２ 任意の熱
６４ 任意の圧力
６６ 液体溶媒除去装置
６７ 液体溶媒除去プロセス
６８ 予熱エネルギー装置
７０ 予熱エネルギープロセス
７２ 予熱エネルギー
７３ 分圧環境
７４ 熱エネルギープロセス
７６ 熱エネルギー
７８ 熱エネルギー装置
８０ 伝導エネルギープロセス
８２ 伝導エネルギー
８４ 伝導エネルギー装置
８６ 伝導オーブン
８８ 対流エネルギープロセス
９０ 対流エネルギー
９２ 対流エネルギー装置
９４ 対流式オーブン
９６ 赤外線エネルギープロセス
９８ 赤外線エネルギー
１００ 赤外線エネルギー装置
１０２ 赤外線式クォーツヒータ
１０４ マイクロ波エネルギープロセス
１０６ マイクロ波エネルギー
１０８ マイクロ波エネルギー装置
１１０ マイクロ波送信機
１１２ 誘導エネルギープロセス
１１４ 誘導エネルギー
１１６ 誘導エネルギー装置
１１８ 誘導加熱コイル
１２０ 音響エネルギープロセス
１２２ 音響エネルギー
１２４ 音響エネルギー装置
１２６ 超音波エネルギープロセス
１２８ 超音波エネルギー
１３０ 超音波エネルギー装置
１３２ 超音波振動子
１３４ 超音波プローブ
１３６ 位相変化剥離装置
１３８ 急速加熱エネルギー
１４０ 溶媒の液体から気体への位相変化
１４２ 位相変化剥離プロセス
１４４ 急速加熱エネルギープロセス
１４６ 急速加熱装置
１４８ 任意の汚染物質の仕分け及び分類装置
１５０ 非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物
１５２ 非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物
１５４ 任意の汚染物質及び分類プロセス
１５６ 繊維再生浮遊選別プロセス
１５８ 繊維再生浮遊選別装置
１６０ 密度勾配プロセス
１６２ 密度勾配装置
１６４ 渦電流選別プロセス
１６６ 渦電流選別装置
１６８ 磁気選別プロセス
１７０ 磁気選別装置
１７２ サイクロン選別プロセス
１７４ サイクロン選別装置
１７６ ふるい分けプロセス
１７８ ふるい分け装置
１８０ ダイレクトフィード
１８２ 第１成形コンパウンド
１８４ 任意の樹脂マトリックス除去装置
１８６ 任意のバインダー塗布装置
１８８ 任意の樹脂マトリックス除去プロセス
１９０ 任意のバインダー塗布プロセス
１９４ バインダー剤
１９６ フィード
１９８ 第２成形コンパウンド
２００ リサイクルシステム
２０１ リサイクルシステム
２０２ 寸法縮小プロセス
２０４ 寸法縮小装置
２０６ 破砕プロセス
２０８ 破砕装置
２１０ 粉砕プロセス
２１２ 粉砕装置
２１４ 切削プロセス
２１６ 切削装置
２１８ 研削プロセス
２２０ 研削装置
２２２ 圧壊プロセス
２２４ 圧壊装置
２２６ せん断プロセス
２２８ せん断装置
２２９ａ 機械特性
２２９ｂ 機械特性
２３０ａ 繊維剛性
２３０ｂ 同程度の繊維剛性
２３２ａ 繊維容積ローディング
２３２ｂ 同程度の繊維容積ローディング
２３４ａ 熱膨張係数
２３４ｂ 同程度の熱膨張係数
２５０ 硬化複合積層フレーク
２６２ 再生繊維の微粉砕物
２６４ 廃棄物
２６６ 有価金属材料
２６８ 非損傷樹脂マトリックスを有する単一の薄板厚さの複合フレーク
２６９ 単一の薄板厚さの複合繊維フレーク
２７０ リサイクル方法
２８０ リサイクル方法
３０２ ステップ
３０４ ステップ
３０６ ステップ
３０８ ステップ
３１０ ステップ
３１２ ステップ
３１４ ステップ
３１６ ステップ
４０２ ステップ
４０４ ステップ
４０６ ステップ
４０８ ステップ
４１０ ステップ
４１２ ステップ
４１４ ステップ
４１６ ステップ
４１８ ステップ
４２０ ステップ
４２２ ステップ
４２４ ステップ
４２６ ステップ
４２８ ステップ
５０２ ステップ
５０４ ステップ
５０６ ステップ
５０８ ステップ
５１０ ステップ
５１２ ステップ
６００ リサイクルシステム
６０２ 剥離装置
６０４ 樹脂マトリックスチャー
６０６ 任意の新たな樹脂マトリックス塗布装置
６０８ 新たな樹脂マトリックス
６１０ 構造体
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して積層材をリサイクルする方法及びシステムに関し、さらに具体的には複合積層材を、リサイクル元の複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する回収物にリサイクルする方法及びシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複合構造体は、航空機、宇宙機、回転翼機、船、スポーツ用品、風車の構成部品、自動車、トラック、及びその他のビークル及び構造体の製造を含む幅広い種類の用途に用いられている。具体的には、複合構造体は例えば硬化樹脂マトリックスの炭素繊維等の、アライメントされ、高繊維容積分率で強化された多層の複合積層材でできており、複合構造体の寿命期間中に強度と構造サポートを提供する。
【０００３】
寿命がつきた上記複合構造体は通常、埋立地又は廃棄物焼却炉に送られる。上記複合構造体の製造プロセス中に生じた複合材の廃棄物、例えばスクラップ、トリム廃棄物等もまた同じ方法で処分される。上記の寿命末期の複合構造体及び製造廃棄物又はスクラップのリサイクルに対する認知及び必要が深まってきている。しかしながら、通常マトリックス樹脂を除去して強化繊維を得る必要がある複合積層材のリサイクルには、異種の構成材料の密接した関係と、再生後に周知のプロセスにより生じる積層材の状態を起因とする問題がある。
【０００４】
異種の積層材及び複合材をリサイクルする周知のプロセスでは通常、エネルギーを再生する及び／又はより価値の高い構成材料、例えば炭素繊維等を選択するために、機械的粉砕及び／又は熱分解が用いられる。しかしながら、上記周知のプロセスの製品の価値は、純度の問題及び／又は回収物の形態のいずれかのために限られている。さらに、上記異種の積層材のマクロ分離及び仕分けには手作業が必要なため、費用が増加する。
【０００５】
加えて、連続的な積層繊維複合材をリサイクルする周知のプロセスは樹脂マトリックスを除去してしまうため、結果として価値の低い、低繊維容積の用途にのみ適した不揃いの繊維又は線状体材料となる。ランダムに配向された再生繊維は望ましいものではなく、リサイクル元の複合積層材に使用される配向された高充填密度の配向性繊維と比較して価値が低い。ランダムに配向された再生繊維を、アライメントされた高容積分率の形態に再配向する周知のプロセスでは、回収物を製造するための費用が増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、当技術分野において既存のシステム及び方法に対して利点をもたらす、複合積層材をリサイクルして貴重な繊維及び樹脂を再生する改善されたシステム及び方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この複合積層材をリサイクルして貴重な繊維及び樹脂を再生する改善されたシステム及び方法の必要が満たされる。 以下の詳細な説明で議論されているように、改善されたシステム及び方法の実施形態は既存のシステム及び方法に対して有意な利点をもたらしうる。
【０００８】
本発明の実施形態において、硬化複合積層材を、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物にリサイクルする方法が提供されている。本方法は、樹脂マトリックスと、繊維容積分率及び薄板レベルの繊維アライメントを有する複数の繊維を含む硬化複合積層材を準備することを含む。本方法はさらに、一又は複数の液体溶媒に浸して硬化複合積層材に一又は複数の液体溶媒を実質的に吸わせることによって硬化複合積層材の前処理を行うことを含む。本方法はさらに、硬化複合積層材が吸収しなかった一又は複数の液体溶媒の超過量をすべて除去することを含む。本方法はさらに、一又は複数の液体溶媒を実質的に吸収した硬化複合積層材を、一又は複数の液体溶媒の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱することを含む。本方法はさらに、一又は複数の液体溶媒を実質的に吸収した予熱した硬化複合積層材を、一又は複数の液体溶媒の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱し、一又は複数の液体溶媒の液体から気体への位相変化を起こして硬化複合積層材を剥離させることを含む。本方法はさらに、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物を得ることを含む。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、硬化複合積層スクラップを、硬化複合積層スクラップと実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物にリサイクルする方法が提供されている。本方法は、樹脂マトリックスと、繊維容積分率及び薄板レベルの繊維アライメントを有する複数の繊維を含む硬化複合積層スクラップを準備することを含む。本方法はさらに、寸法縮小プロセスを用いて硬化複合積層スクラップの寸法を縮小させて硬化複合積層フレークを得ることを含む。本方法はさらに、硬化複合積層フレークの汚染物の仕分けと分類を行うことを含む。本方法はさらに、一又は複数の液体溶媒に浸して硬化複合積層フレークに一又は複数の液体溶媒を実質的に吸わせることによって硬化複合積層フレークの前処理を行うことを含む。本方法はさらに、硬化複合積層フレークに吸収されなかった一又は複数の液体溶媒の超過量をすべて除去することを含む。本方法はさらに、一又は複数の液体溶媒を実質的に吸収した硬化複合積層フレークを、一又は複数の液体溶媒の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱することを含む。本方法はさらに、一又は複数の液体溶媒を実質的に吸収した予熱した硬化複合積層フレークを、一又は複数の液体溶媒の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱し、一又は複数の液体溶媒の液体から気体への位相変化を起こして硬化複合積層フレークを剥離させることを含む。本方法はさらに、硬化複合積層スクラップと実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物を得ることを含む。本方法はさらに、剥離回収物の汚染物質の仕分け及び分類を行って、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物と、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物とに分ける、または、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物を成形コンパウンドのダイレクトフィードとして使用することを含む。本方法はまたさらに、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物を処理することを含み、これには、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物から樹脂マトリックスを除去し、複数の繊維を無傷に保つために非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物の複数の繊維にバインダー剤を塗布し、バインダー剤を含む剥離回収物を成形コンパウンドのフィードとして使用するステップを含みうる。本方法はまたさらに、水、ベンジルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、塩酸、及びこれらのうちの一又は複数の組み合わせを含むグループから選択される一又は複数の液体溶媒を使用しうる。
【００１０】
本方法の別の実施形態では、硬化複合積層材を、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物にリサイクルするシステムが提供されている。本システムは、樹脂マトリックスと、繊維容積分率及び薄板レベルの繊維アライメントを有する複数の繊維を含む硬化複合積層材を含む。本システムはさらに、硬化複合積層材を一又は複数の液体溶媒に浸して硬化複合積層材に一又は複数の液体溶媒を実質的に吸わせるための一又は複数の液体溶媒を含有する前処理溶媒浸漬装置を含む。本システムはさらに、硬化複合積層材に吸収されなかった一又は複数の液体溶媒の超過量をすべて除去する液体溶媒除去装置を含む。本方法はさらに、硬化複合積層材を、一又は複数の液体溶媒の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱する予熱エネルギー装置を含む。本システムはさらに、一又は複数の液体溶媒を実質的に吸収した予熱した硬化複合積層材を、実質的に一又は複数の液体溶媒の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱し、一又は複数の液体溶媒の液体から気体への位相変化を起こして硬化複合積層材を剥離させ、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物を得る位相変化剥離装置を含む。 本システムはさらに、寸法縮小装置を含みうる。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、硬化複合積層材を、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物にリサイクルする方法が提供されている。本方法は、樹脂マトリックスと、繊維容積分率及び薄板レベルの繊維アライメントを有する複数の繊維を含む硬化複合積層材を準備することを含む。本方法はさらに、硬化複合積層材を熱的に加熱して、硬化複合積層材を剥離させることを含む。本方法はさらに、樹脂マトリックスチャーを有する繊維を含む剥離回収物を得ることを含み、この剥離回収物は硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する。本方法はさらに、新たな樹脂マトリックスを剥離回収物に添加する、又はバインダー剤を剥離回収物に添加することによって剥離回収物を処理することを含みうる。本方法はさらに、一又は複数の液体溶媒に浸して硬化複合積層材に一又は複数の液体溶媒を実質的に吸わせることによって硬化複合積層材の前処理を行い、硬化複合積層材に吸収されなかった一又は複数の液体溶媒の超過量をすべて除去し、一又は複数の液体溶媒を実質的に吸収した硬化複合積層材を、一又は複数の液体溶媒の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱することを含みうる。本方法はまたさらに、制御された熱分解プロセスを用いて硬化複合積層材を剥離させ、硬化複合積層材の複数の薄板の間で樹脂マトリックスを熱分解して、個々の薄板に樹脂マトリックスチャーを有する複数の繊維が残るようにする。
【００１２】
本発明の別の実施形態では、硬化複合積層材を、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物にリサイクルするシステムが提供されている。本システムは、樹脂マトリックスと、繊維容積分率及び薄板レベルの繊維アライメントを有する複数の繊維を含む硬化複合積層材を含む。本システムはさらに、窒素雰囲気の中で硬化複合積層材を熱的に加熱して、硬化複合積層材を剥離させ、樹脂マトリックスチャーを有する繊維を含む剥離回収物を得る剥離装置を含み、剥離回収物は、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する。本システムは、新たな樹脂マトリックスを剥離回収物に添加する新たな樹脂マトリックス塗布装置をさらに含む、又はバインダー剤を剥離回収物に添加するバインダー塗布装置をさらに含む。本システムはまたさらに、硬化複合積層材を浸して硬化複合積層材に一又は複数の液体溶媒を実質的に吸わせるための一又は複数の液体溶媒を含有する前処理溶媒浸漬装置と、硬化複合積層材に吸収されなかった一又は複数の液体溶媒の超過量をすべて除去する液体溶媒除去装置と、硬化複合積層材を、一又は複数の液体溶媒の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱する予熱エネルギー装置を含む。本システムはさらに、寸法縮小装置を含みうる。
【００１３】
既に説明した特徴、機能及び利点は、本発明の様々な実施形態で独立に実現することが可能であるか、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解されうる、さらに別の実施形態で組み合わせることが可能である。
【００１４】
本発明は、好適且つ例示的な実施形態を示す添付図面と併せて、以下の詳細な説明を参照することでよりよく理解されるが、これらの図面は必ずしも正確な縮尺で描かれているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本明細書に開示されたリサイクルするシステム及び方法の実施形態の一つを使用して、航空機の寿命末期に硬化複合積層材の構成パーツをリサイクルすることができる実例となる航空機の斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは高い繊維容積充填効率を可能にする連続的な、アライメントされた繊維配向性を有する硬化複合積層材の斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは高い繊維容積充填効率を可能にする非連続的な、アライメントされた繊維配向性を有する硬化複合積層材の斜視図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは高い繊維容積充填効率を阻止する非連続的な、ランダムな繊維配向性を有する硬化複合積層材の斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは硬化複合積層材を本発明の剥離回収物にリサイクルするシステムの一実施形態のブロック図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは硬化複合積層材を本発明の剥離回収物にリサイクルするシステムの別の一実施形態のブロック図である。
【図４Ａ】図４Ａは硬化複合積層材を本発明の剥離回収物にリサイクルするシステムの別の一実施形態のブロック図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは硬化複合積層材を本発明の剥離回収物にリサイクルするシステムの別の一実施形態のブロック図である。
【図５】図５は硬化複合積層材を本発明の剥離回収物にリサイクルする方法の一実施形態のブロック図である。
【図６】図６は硬化複合積層材を本発明の剥離回収物にリサイクルする方法の別の一実施形態のブロック図である。
【図７】図７は本発明の開示の方法及びシステムの実施形態において使用可能な寸法縮小プロセス及び寸法縮小装置の実例となる実施形態のブロック図である。
【図８】図８は本発明の開示の方法及びシステムの実施形態において使用可能な予熱エネルギープロセス、予熱エネルギー、及び予熱エネルギー装置の実例となる実施形態のブロック図である。
【図９】図９は本発明の開示の方法及びシステムの実施形態において使用可能な位相変化剥離プロセス及び位相変化剥離装置の実例となる実施形態のブロック図である。
【図１０】図１０は本発明の開示の方法及びシステムの実施形態において使用可能な汚染物質の仕分け及び分類プロセス、及び汚染物質の仕分け及び分類装置の実例となる実施形態のブロック図である。
【図１１】図１１は硬化複合積層材、及び本発明の開示の方法及びシステムの実施形態でリサイクルされた剥離回収物の機械特性を比較したブロック図である。
【図１２】図１２は、本発明の方法の実例となる一実施形態のフロー図を示したものである。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の方法の別の実例となる一実施形態のフロー図を示したものである。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の方法の別の実例となる一実施形態のフロー図を示したものである。
【図１４】図１４は本発明の方法及びシステムの実例となる実施形態のステップをまとめた概略図である。
【図１５】図１５は、本発明の方法の別の実例となる一実施形態のフロー図を示したものである。
【図１６】図１６は硬化複合積層材を本発明の剥離回収物にリサイクルするシステムの別の一実施形態のブロック図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは剥離回収物の積層フレークを組み込んだ硬化複合積層材の断面の顕微鏡写真である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは剥離回収物の積層フレークを組み込んだ硬化複合積層材の断面の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付図面を参照して本発明の実施形態についてさらに詳細に説明するが、添付図面にはすべての実施形態が示されているわけではない。実際には、幾つかの種々の実施形態が提供可能であり、本明細書で説明した実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、この開示が徹底的かつ完全であり、当業者に本発明の範囲が十分に伝わるように、これらの実施形態を提示する。
【００１７】
ここで図面を参照する。図１は、実例となる航空機１０の透視図であり、航空機１０は、機体１２、機首１４、コクピット１６、機体１２に動作可能なように結合された翼１８、一又は複数の推進ユニット２０、尾部垂直安定板２２、及び一又は複数の尾部水平安定板２４を含む。上記既存の航空機１０は例えば、硬化複合積層材３０（図３〜４参照）を含みうる機体１２及び翼１８等の複合パーツを有することができる。航空機１０が寿命末期に到達した時に、硬化複合積層材を、リサイクルされた硬化複合積層材３０の複数の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５（図３Ａ〜６参照）と実質的に同じ繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａ（図３Ａ〜６参照）を維持する剥離回収物５２（図３Ａ〜６参照）にリサイクルする、本明細書に開示されたリサイクルシステム５０（図３Ａ参照）、リサイクルシステム５１（図３Ｂ参照）リサイクルシステム２００（図４Ａ参照）、リサイクルシステム２０１（図４Ｂ参照）、又はリサイクルシステム６００（図１６参照）、又は方法２７０（図５参照）、方法２８０（図６参照）、方法３００（図１２参照）、方法４００（図１３Ａ〜１３Ｂ参照）、又は方法５００（図１５参照）の実施形態のうちの一つを使用して、例えば硬化複合積層スクラップ４０（図３〜４参照）等の航空機１０の硬化複合積層材３０（図３〜４参照）をリサイクルすることができると考えられる。
【００１８】
本願の目的に対し、「繊維容積分率」とは硬化複合材の繊維の容積を意味する。複合材の繊維容積は化学マトリックス消化によって決定することができ、化学マトリックス消化において、樹脂マトリックスを溶解し、置換基の重量及び密度、又は顕微鏡写真の手法から重量を測定し計算した繊維を使用することができ、研磨した断面の所定面積の繊維の数を数えて、容積分率を各構成要素の面積分率として決定する。
【００１９】
本願の目的に対し、「薄板レベルの繊維アライメント」とは、薄板レベルでアライメントされた繊維を意味する。例えば、均質性に対するサイズ計測値は、繊維間の個々の繊維及び分離した樹脂マトリックスを均質性に対するサイズ計測値とするマイクロメカニカルレベルと呼ばれる最少計測値を含む。次の中間計測値は、個々の繊維のサイズよりもかなり大きい薄板レベルでアライメントされた繊維である。次に大きい計測値は、薄板レベルよりもかなり大きく、様々な方向に様々な薄板をスタックすることが含まれる積層レベルである。望ましいのは、中間薄板計測値の小規模の詳細な計測値と、作動可能な機構の可能性のある故障をすべて包含する広範な計測値との間のバランスが適切なことである。
【００２０】
図１に示す航空機１０は概して民間旅客機を代表するものであるが、本明細書に開示するリサイクルシステム５０、５１、２００、２０１、６００及び方法２７０、２８０、３００、４００及び５００を、その他の種類の寿命末期の航空機だけでなく、宇宙機、回転翼機、自動車、船、スポーツ用品、風車の構成部品、又はリサイクル可能な硬化複合積層材を有するその他の構造体又は構造部品をリサイクルするのに使用可能である。さらに、本発明の実施形態の教示内容を、航空機、宇宙機、回転翼機、自動車、船、スポーツ用品、風車の構成部品、又はリサイクル可能な上記硬化複合積層材を有するその他の構造体又は構造部品を製造及び生産するのに使われる硬化複合積層材等の積層材をリサイクルするのに応用することができる。硬化複合積層材等の積層材の生産において生じる製造廃棄物は、スクラップ、トリム廃棄物、チップ、カットオフ、ツーリング、未使用材料、廃棄された構造部品、期限切れの構造部品、又はその他の適切な製造廃棄物を含みうる。
【００２１】
図２Ａは、複数の繊維３２ａで繊維強化された硬化複合積層材３０ａの透視図である。積層材３０ａは好ましくは、２つ以上の薄板層３３又はプライを含む。繊維３２ａは、高い繊維容積の充填効率を可能にする、連続的な、アライメントされた繊維配向性３４を有する。本明細書に開示されたリサイクルシステム及び方法は好ましくは、連続的な、アライメントされた繊維配向性３４の形態の繊維容積分率５４（図３〜６参照）と、薄板レベルの繊維アライメント５５（図２Ａ及び図３〜６参照）を有する硬化複合積層材３０を、連続的なアライメントされた繊維配向性３４の形態の、繊維容積分率５４（図３〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５（図２Ａ及び図３〜６参照）を維持する又は保つ剥離回収物５２にリサイクルすることを対象としたものである。図２Ｂは、複数の繊維３２ｂで繊維強化された硬化複合積層材３０ｂの透視図である。繊維３２ｂは、これもまた高い繊維容積の充填効率を可能にする、非連続的な、アライメントされた繊維配向性３６を有する。図２Ｃは、複数の繊維３２ｃで繊維強化された硬化複合積層材３０ｃの透視図である。繊維３２ｃはアライメントされておらず、非連続的でランダムな繊維配向性３８を有するため、高い繊維容積の充填効率が得られない。
【００２２】
本発明の一実施形態においては、硬化複合積層材３０を、硬化複合積層材３０の複数の繊維３２（図３Ａ〜６参照）の繊維容積分率５４（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５（図２Ａ及び図３Ａ〜６参照）と実質的に同じ繊維容積分率５４ａ（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５ａ（図３Ａ〜６参照）を維持する剥離回収物５２にリサイクルするリサイクルシステム５０が提供されている。図３Ａは、硬化複合積層材３０を剥離回収物５２にリサイクルするリサイクルシステム５０の一実施形態のブロック図である。図３に示すように、リサイクルシステム５０は、樹脂マトリックス５６と、繊維容積分率５４（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５（図２Ａ及び図３Ａ〜６参照）を有し、好ましくは連続的な、アライメントされた繊維配向性３４（図２Ａ参照）の形態の複数の繊維３２を含む硬化複合積層材３０を含む。硬化複合積層材３０は、リサイクル対象の製造廃棄物、寿命末期の廃棄物、トリム廃棄物、チップ、カットオフ、ツーリング、未使用材料、廃棄された構造部品、期限切れの構造部品、又はその他の適切な硬化複合積層材を含みうる。
【００２３】
硬化複合積層材３０は、樹脂マトリックスに強化繊維を有する繊維強化された熱硬化性又は熱可塑性の複合材料からなるものであってよい。強化繊維は、カーボン、グラファイト、ガラス、硼素、セラミック、アラミド、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリマー、又はその他の適切な材料を含む材料でできたものであってよい。樹脂マトリックス５６は、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、及びフッ素重合体等の熱可塑性樹脂；エポキシ、ビスマレイミド、ポリイミド、ベンゾオキサジン、シアン酸エステル、及びポリエステル等の熱硬化性樹脂；熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の両方の特性を持つハイブリッドポリマー樹脂；又はその他の好適な樹脂材料を含む樹脂材料からできたものであってよい。
【００２４】
図３Ａに示すように、リサイクルシステム５０はさらに、前処理溶媒浸漬プロセス６１（図５参照）を用いて硬化複合積層材３０を浸して、硬化複合積層材３０に一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸わせる一又は複数の液体溶媒６０（図５参照）を含む前処理溶媒浸漬装置５８を備える。一又は複数の液体溶媒６０は、水、ベンジルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、塩酸、一又は複数のこれらの組み合わせ、又は別の適切な液体溶媒を含みうる。前処理溶媒浸漬装置５８は、ふたの開いた又は閉じた容器又はベッセルを含みうる。任意で、前処理溶媒浸漬プロセス６１は、熱６２（図５参照）で、圧力６４（図５参照）で、又は熱６２及び圧力６４を組み合わせて行うことができる。
【００２５】
図３Ａに示すように、リサイクルシステム５０はさらに、硬化複合積層材３０によって吸収されなかった一又は複数の液体溶媒６０の超過量を全て、液体溶媒除去プロセス６７（図５参照）を用いて除去する液体溶媒除去装置６６を備える。 液体溶媒除去プロセス６７は、空気にさらすこと、又は別の好適な蒸発プロセスによる蒸発を含むことができる。
【００２６】
図３Ａに示すように、リサイクルシステム５０はさらに、硬化複合積層材３０を、一又は複数の液体溶媒６０の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱する、予熱エネルギー装置６８を備える。図８は、本発明で開示される方法及びシステムの実施形態において使用可能な予熱エネルギープロセス７０、予熱エネルギー７２、及び予熱エネルギー装置６８の実例となる実施形態のブロック図である。予熱エネルギープロセス７０は熱エネルギープロセス７４を含むことができる。熱エネルギープロセス７４は、熱エネルギー装置７８を用いて熱エネルギー７６を供給する。熱エネルギープロセス７４は、伝導エネルギー装置８４、例えば伝導オーブン８６を用いて伝導エネルギー８２を供給する伝導エネルギープロセス８０を含むことができる。熱エネルギープロセス７４はさらに、例えば対流式オーブン９４等の対流エネルギー装置９２を用いて対流エネルギー９０を供給する対流エネルギープロセス８８を含むことができる。熱エネルギープロセス７４はさらに、例えば赤外線クォーツヒータ１０２等の赤外線エネルギー装置１００を用いて赤外線エネルギー９８を供給する赤外線エネルギープロセス９６を含むことができる。予熱エネルギープロセス７０はさらに、別の好適な予熱エネルギー装置６８を用いて別の好適な予熱エネルギー７２を供給する別の好適な熱エネルギープロセス７４を含むことができる。予熱エネルギープロセス７０はさらに、例えばマイクロ波送信機１１０等のマイクロ波エネルギー装置１０８を用いてマイクロ波エネルギー１０６を供給するマイクロ波エネルギープロセス１０４を含むことができる。予熱エネルギープロセス７０はさらに、別の好適なマイクロ波エネルギー装置１０８を用いて別の好適なマイクロ波エネルギー１０６を供給する別の好適なマイクロ波エネルギープロセス１０４を含むことができる。予熱エネルギープロセス７０はさらに、例えば伝導加熱コイル１１８等の伝導エネルギー装置１１６を用いて伝導エネルギー１１４を供給する伝導エネルギープロセス１１２を含むことができる。予熱エネルギープロセス７０はさらに、別の好適な伝導エネルギー装置１１６を用いて別の好適な伝導エネルギー１１４を供給する別の好適な伝導エネルギープロセス１１２を含むことができる。予熱エネルギープロセス７０はさらに、音響エネルギー装置１２４を用いて音響エネルギー１２２を供給する音響エネルギープロセス１２０を含むことができる。音響エネルギープロセス１２０は、例えば超音波振動子１３２又は超音波プローブ１３４等の超音波エネルギー装置１３０を用いて超音波エネルギー１２８を供給する超音波エネルギープロセス１２６を含むことができる。予熱エネルギープロセス７０は、上述したような所望の予熱エネルギー７２を伴う高分圧の分圧環境７３において行うことが好ましい。
【００２７】
図３Ａに示すように、リサイクルシステム５０はさらに、位相変化剥離プロセス１４２（図５参照）を用いて急速加熱エネルギー１３８（図５参照）で、予熱した硬化複合積層材３０を実質的に一又は複数の液体溶媒６０の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱して、一又は複数の液体溶媒６０の液体から気体への位相変化１４０（図５参照）を起こすことにより、硬化複合積層材３０を剥離させて剥離回収物５２を得る、位相変化剥離装置１３６を備える。 剥離回収物５２は、硬化複合積層材３０の複数の繊維３２（図３Ａ〜６参照）の繊維容積分率５４（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５（図２Ａ及び図３Ａ〜６参照）と実質的に同じ複数の繊維３２の繊維容積分率５４ａ（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５ａ（図３Ａ〜６参照）を維持することが好ましい。
【００２８】
図９は、本発明で開示される方法及びシステムの実施形態において使用可能な位相変化剥離プロセス１４２と、位相変化剥離装置１３６の実例となる実施形態のブロック図である。図９に示すように、位相変化剥離プロセス１４２は、複数の加熱エネルギープロセス１４４、急速加熱エネルギー１３８、及び加熱エネルギー装置１４６を含むことができる。加熱エネルギープロセス１４４は、熱エネルギープロセス７４を含むことができる。熱エネルギープロセス７４は、熱エネルギー装置７８を用いて熱エネルギー７６を供給する。熱エネルギープロセス７４は、伝導エネルギー装置８４、例えば伝導オーブン８６を用いて伝導エネルギー８２を供給する伝導エネルギープロセス８０を含むことができる。熱エネルギープロセス７４はさらに、例えば対流式オーブン９４等の対流エネルギー装置９２を用いて対流エネルギー９０を供給する対流エネルギープロセス８８を含むことができる。熱エネルギープロセス７４はさらに、例えば赤外線クォーツヒータ１０２等の赤外線エネルギー装置１００を用いて赤外線エネルギー９８を供給する赤外線エネルギープロセス９６を含むことができる。加熱エネルギープロセス１４４はさらに、別の好適な加熱エネルギー装置１４６を用いて別の好適な急速加熱エネルギー１３８を供給する別の好適な熱エネルギープロセス７４を含むことができる。加熱エネルギープロセス１４４はさらに、例えばマイクロ波送信機１１０等のマイクロ波エネルギー装置１０８を用いてマイクロ波エネルギー１０６を供給するマイクロ波エネルギープロセス１０４を含むことができる。加熱エネルギープロセス１４４はさらに、別の好適なマイクロ波エネルギー装置１０８を用いて別の好適なマイクロ波エネルギー１０６を供給する別の好適なマイクロ波エネルギープロセス１０４を含むことができる。加熱エネルギープロセス１４４はさらに、例えば伝導加熱コイル１１８等の伝導エネルギー装置１１６を用いて伝導エネルギー１１４を供給する伝導エネルギープロセス１１２を含むことができる。加熱エネルギープロセス１４４はさらに、別の好適な伝導エネルギー装置１１６を用いて別の好適な伝導エネルギー１１４を供給する別の好適な伝導エネルギープロセス１１２を含むことができる。加熱エネルギープロセス１４４はさらに、音響エネルギー装置１２４を用いて音響エネルギー１２２を供給する音響エネルギープロセス１２０を含むことができる。音響エネルギープロセス１２０は、例えば超音波振動子１３２又は超音波プローブ１３４等の超音波エネルギー装置１３０を用いて超音波エネルギー１２８を供給する超音波エネルギープロセス１２６を含むことができる。
【００２９】
図３Ｂは、硬化複合積層材３０を剥離回収物５２にリサイクルするリサイクルシステム５１の別の一実施形態のブロック図である。図３Ｂに示すリサイクルシステム５１は、図３Ａのリサイクルシステム５０と同じ要素を備え、追加の要素をさらに備えることができる。図３Ｂに示すように、リサイクルシステム５１は、繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５を有する複数の繊維３２を有する硬化複合積層材３０を含む。硬化複合積層材３０はさらに樹脂マトリックス５６を含む。リサイクルシステム５１はさらに、前処理溶媒浸漬装置５８、液体溶媒除去装置６６、予熱エネルギー装置６８、及び位相変化剥離装置１３６を備える。位相変化剥離装置１３６は、位相変化剥離プロセス１４２（図５参照）を用いて急速加熱エネルギー１３８（図５参照）で、予熱した硬化複合積層材３０を実質的に一又は複数の液体溶媒６０の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱して、一又は複数の液体溶媒６０の液体から気体への位相変化１４０（図５参照）を起こすことにより、硬化複合積層材３０を剥離させて剥離回収物５２を得る。 剥離回収物５２は、硬化複合積層材３０の複数の繊維３２（図３Ａ〜６参照）の繊維容積分率５４（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５（図２Ａ及び図３Ａ〜６参照）と実質的に同じ複数の繊維３２の繊維容積分率５４ａ（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５ａ（図３Ａ〜６参照）を維持することが好ましい。
【００３０】
図３Ｂに示すように、リサイクルシステム５１はさらに、剥離回収物５２の汚染物質の仕分け及び分類を行って、非損傷樹脂マトリックス１５０を有する剥離回収物１５０と、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２とに分ける汚染物質の仕分け及び分類装置１４８を備えることができる。図１０は、本発明で開示される方法及びシステムの実施形態において使用できる汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、汚染物質の仕分け及び分類装置１４８の実例となる実施形態のブロック図である。図１０に示すように、汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、汚染物質の仕分け及び分類装置１４８はそれぞれ、繊維再生浮遊選別装置１５８を使用する繊維再生浮遊選別プロセス１５６を含むことができる。汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、汚染物質の仕分け及び分類装置１４８はさらにそれぞれ、密度勾配装置１６２を使用する密度勾配プロセス１６０を含むことができる。汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、汚染物質の仕分け及び分類装置１４８はさらにそれぞれ、渦電流選別装置１６６を使用する渦電流選別プロセス１６４を含むことができる。汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、汚染物質の仕分け及び分類装置１４８はさらにそれぞれ、磁気選別装置１７０を使用する磁気選別プロセス１６８を含むことができる。汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、汚染物質の仕分け及び分類装置１４８はさらにそれぞれ、サイクロン選別装置１７４を使用するサイクロン選別プロセス１７２を含むことができる。汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、汚染物質の仕分け及び分類装置１４８はさらにそれぞれ、ふるい分け装置１７８を使用するふるい分けプロセス１７６を含むことができる。汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、汚染物質の仕分け及び分類装置１４８はさらにそれぞれ、別の好適な汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４と、別の好適な汚染物質の仕分け及び分類装置１４８を含むことができる。
【００３１】
図３Ｂに示すように、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物１５０を第１成形コンパウンド１８２のダイレクトフィード１８０として使用することができる。図１４に示すある実施形態では、ダイレクトフィード１８０は非損傷樹脂マトリックスを有する単一の薄板厚さの複合フレーク２６８を含むことができる。あるいは、図３Ｂに示すように、非損傷樹脂を有さない剥離回収物１５２をさらに処理することができ、リサイクルシステム５１はさらに、樹脂マトリックス除去装置１８４と、バインダー塗布装置１８６を備える。樹脂マトリックス除去装置１８４は、非損傷樹脂を有さない剥離回収物１５２から樹脂マトリックス５６を除去するために、樹脂マトリックス除去プロセス１８８を用いる。樹脂マトリックス除去プロセス１８８は、樹脂マトリックスを除去するための既知の熱分解プロセスを含むことができる、又は別の好適な樹脂マトリックス除去プロセスを含むことができる。バインダー塗布プロセス１９０を使用して、バインダー塗布装置１８６で複数の繊維３２にバインダー剤１９４を塗布することにより繊維３２を無傷に保つことが好ましい。バインダー剤１９４が塗布された剥離回収物５２は次に第２成形コンパウンド１９８のフィード１９６として使用することができる。図１４に示す一実施形態において、フィード１９０は単一の薄板厚さの複合繊維フレーク２６９を含むことができる。
【００３２】
図４Ａは、好ましくは硬化複合積層スクラップ４０の形態の硬化複合積層材３０を、好ましくは硬化複合積層フレーク２５０の形態の剥離回収物５２にリサイクルするリサイクルシステム２００の別の一実施形態のブロック図である。リサイクルシステム５０と同様のこの実施形態では、リサイクルシステム２００はさらに、寸法縮小プロセス２０２（図６参照）で使用される寸法縮小装置２０４を備える。寸法縮小プロセス２０２は、前処理溶媒浸漬装置５８で用いられる前処理溶媒浸漬プロセス６１（図５参照）の前に行われる。図７は、本発明で開示される方法及びシステムの実施形態において使用可能な寸法縮小プロセス２０２と寸法縮小装置２０４の実例となる実施形態のブロック図である。図７に示すように、寸法縮小プロセス２０２と寸法縮小装置２０４はそれぞれ、破砕装置２０８を使用する破砕プロセス２０６を備えることができる。寸法縮小プロセス２０４と寸法縮小装置２０２はさらにそれぞれ、粉砕装置２１２を使用する粉砕プロセス２１０を含むことができる。寸法縮小プロセス２０４と寸法縮小装置２０２はさらにそれぞれ、切削装置２１６を使用する切削プロセス２１４を含むことができる。寸法縮小プロセス２０４と寸法縮小装置２０２はさらにそれぞれ、研削装置２２０を使用する研削プロセス２１８を含むことができる。寸法縮小プロセス２０４と寸法縮小装置２０２はさらにそれぞれ、圧壊装置２２４を使用する圧壊プロセス２２２を含むことができる。寸法縮小プロセス２０４と寸法縮小装置２０２はさらにそれぞれ、せん断装置２２８を使用するせん断プロセス２２６を含むことができる。寸法縮小プロセス２０４と寸法縮小装置２０２はさらにそれぞれ、別の好適な寸法縮小プロセス２０４及び別の好適な寸法縮小装置２０２を含むことができる。
【００３３】
さらに、図４Ａで示すように、この実施形態において、リサイクルシステム２００は、前処理溶媒浸漬装置５８で使用される前処理浸漬プロセス６１（図５参照）の前に、寸法が縮小された硬化複合積層材３０の汚染物質の仕分け及び分類を行う汚染物質の仕分け及び分類装置１４８を備える。 汚染物質の仕分け及び分類装置１４８と、汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４を図１０に示し上に説明した。
【００３４】
図４Ａに示すように、リサイクルシステム２００は前処理溶媒浸漬装置５８、液体溶媒除去装置６６、予熱エネルギー装置６８、位相変化剥離装置１３６、及び剥離回収物５２を含む。剥離回収物５２は、硬化複合積層材３０の複数の繊維３２（図３Ａ〜６参照）の繊維容積分率５４（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５（図２Ａ及び図３Ａ〜６参照）と実質的に同じ複数の繊維３２の繊維容積分率５４ａ（図３Ａ〜６参照）と薄板レベルの繊維アライメント５５ａ（図３Ａ〜６参照）を維持することが好ましい。
【００３５】
図４Ｂは、好ましくは硬化複合積層スクラップ４０の形態の硬化複合積層材３０を、好ましくは硬化複合積層フレーク２５０の形態の剥離回収物５２にリサイクルするリサイクルシステム２０１の別の一実施形態のブロック図である。図４Ｂに示すリサイクルシステム２０１は、図４Ａのリサイクルシステム２００と同じ要素を備え、追加の要素をさらに備えることができる。図４Ｂに示すように、リサイクルシステム２０１は好ましくは硬化複合積層スクラップ４０の形態の硬化複合積層材３０を含む。硬化複合積層スクラップ４０は、繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５を有する複数の繊維３２を含む。硬化複合積層スクラップ４０はさらに、樹脂マトリックス５６を含む。リサイクルシステム２０１はさらに、寸法縮小装置２０４、この実施形態で２回使用される汚染物質の仕分け及び分類装置１４８、前処理溶媒浸漬装置５８、液体溶媒除去装置６６、予熱エネルギー装置６８、及び位相変化剥離装置１３６を備える。位相変化剥離装置１３６は、位相変化剥離プロセス１４２（図５参照）を用いて急速加熱エネルギー１３８（図５参照）で、予熱した硬化複合積層材３０を実質的に一又は複数の液体溶媒６０の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱して、一又は複数の液体溶媒６０の液体から気体への位相変化１４０（図５参照）を起こすことにより、硬化複合積層材３０を剥離させて剥離回収物５２を得る。剥離回収物５２は、硬化複合積層フレーク２０５（図４Ｂ）の形態であることが好ましい。硬化複合積層フレーク２０５は、硬化複合積層材３０の複数の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ複数の繊維３２の繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する。
【００３６】
図４Ｂに示すように、リサイクルシステム２０１はさらに、剥離回収物５２に使用する汚染物質の仕分け及び分類装置１４８を備える。図４Ｂに示すように、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物１５０を第１成形コンパウンド１８２のダイレクトフィード１８０として使用することができる。あるいは、非損傷樹脂を有さない剥離回収物１５２をさらに処理することができ、樹脂マトリックス除去装置１８４及びバインダー塗布装置１８６をさらに備えることができる。樹脂マトリックス除去装置１８４は、非損傷樹脂を有さない剥離回収物１５２から樹脂マトリックス５６を除去する。バインダー塗布装置１８６は、バインダー剤１９４を複数の繊維３２に塗布して、繊維３２を無傷に保つ。バインダー剤１９４を塗布した剥離回収物５２を次に第２成形コンパウンド１９８のフィード１９６として使用可能である。
【００３７】
図１１は、元の、リサイクルされていない、硬化複合積層材３０の機械特性２２９ａと、本発明で開示された方法及びシステムの実施形態でリサイクルされた剥離回収物５２の機械特性２２９ｂを比較したブロック図である。剥離回収物５２の繊維剛性２３０ｂ、繊維容積ローディング２３２ｂ、及び熱膨張係数２３４ｂが全て硬化複合積層材３０の繊維剛性２３０ａ、繊維容積ローディング２３２ａ、及び熱膨張係数２３４ａと同程度であることが好ましい。図１１に示すように、剥離回収物５２の繊維剛性２３０ｂ、繊維容積ローディング２３２ｂ、及び熱膨張係数２３４ｂが全て硬化複合積層材３０の繊維剛性２３０ａ、繊維容積ローディング２３２ａ、及び熱膨張係数２３４ａと同程度であることが好ましい。
【００３８】
本発明の別の実施形態では、リサイクル方法２７０が提供されている。図５は、硬化複合積層材３０を本発明の剥離回収物５２にリサイクルするリサイクル方法２７０の一実施形態のブロック図である。図５は、繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５を有する繊維３２を有する硬化複合積層材３０を示し、硬化複合積層材３０はさらに、樹脂マトリックス５６を含む。硬化複合積層材３０は、一又は複数の液体溶媒６０、任意の熱６２、及び任意の圧力６５で前処理溶媒浸漬プロセス６１で処理される。硬化複合積層材３０は次に、液体溶媒除去プロセス６７で処理される。硬化複合積層材３０は次に、上述し図８に示すように、予熱エネルギー７０で分圧環境７３において予熱エネルギープロセス６８で処理される。硬化複合積層材３０は次に、上述し図９に示すように、急速加熱エネルギー１３８で位相変化剥離プロセス１４２で処理され、一又は複数の液体溶媒６０の液体から気体への位相変化１４０が起こる。結果的に得られた剥離回収物５２は、複数の繊維３２の繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを伴う繊維３２を有する硬化複合積層フレーク２５０の形態であってよく、繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａは、リサイクルされた硬化複合積層材３０の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じである。結果として得られた剥離回収物５２は次に、上に詳しく記載し図１０に示すように、汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４で処理される。
【００３９】
図５に示すように、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物１５０を第１成形コンパウンド１８２のダイレクトフィード１８０として使用することができる。あるいは、非損傷樹脂を有さない剥離回収物１５２をさらに処理することができ、リサイクル方法２７０はさらに、樹脂マトリックス除去プロセス１８８とバインダー塗布プロセス１９０を含む。樹脂マトリックス除去プロセス１８８は、非損傷樹脂を有さない剥離回収物１５２から樹脂マトリックス５６を除去する。樹脂マトリックス除去プロセス１８８は、樹脂マトリックス５６を除去するための既存の熱分解プロセスを含みうる、又は別の好適な樹脂マトリックス除去プロセスを含みうる。バインダー塗布プロセス１９０は、繊維３２を無傷に保つために複数の繊維３２にバインダー剤１９４を塗布する。バインダー剤１９４を塗布した剥離回収物５２は次に、第２成形コンパウンド１９８のフィード１９６として使用することができる。
【００４０】
本発明の別の実施形態では、リサイクル方法２８０が提供されている。図６は、硬化複合積層スクラップ４０を好ましくは硬化複合積層フレーク２５０の形態の剥離回収物５２にリサイクルする方法２８０の一実施形態のブロック図である。図６は繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５を有する繊維３２を含む硬化複合積層スクラップ４０を示し、硬化複合積層スクラップ４０はさらに樹脂マトリックス５６を有する。硬化複合積層スクラップ４０は上に詳しく記載し図７に示すように、最初に寸法縮小プロセス２０２で処理される。硬化複合積層スクラップ４０は次に、上に詳しく記載し図１０に示すように、汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４で処理される。硬化複合積層スクラップ４０は次に、一又は複数の液体溶媒６０、任意の熱６２、及び任意の圧力６５を用いて前処理溶媒浸漬プロセス６１で処理される。硬化複合積層スクラップ４０は次に、液体溶媒除去プロセス６７で処理される。硬化複合積層スクラップ４０は次に、上述し図８に示すように、予熱エネルギー７２で分圧環境７３において予熱エネルギープロセス７０で処理される。硬化複合積層スクラップ４０は次に、上述し図９に示すように、急速加熱エネルギー１３８で位相変化剥離プロセス１４２で処理され、一又は複数の液体溶媒６０の液体から気体への位相変化１４０が起こる。結果的に得られた剥離回収物５２は、リサイクルされた硬化複合積層スクラップ４０の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを伴う繊維３２を有する硬化複合積層フレーク２５０の形態であることが好ましい。結果として得られた剥離回収物５２は次に、上に詳しく記載し図１０に示すように、汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４で処理される。
【００４１】
図６に示すように、非損傷樹脂マトリックス１５０を有する剥離回収物を第１成形コンパウンド１８２のダイレクトフィード１８０として使用することができる。あるいは、非損傷樹脂を有さない剥離回収物１５２をさらに処理することができ、リサイクル方法２８０はさらに、樹脂マトリックス除去プロセス１８８とバインダー塗布プロセス１９０を含みうる。樹脂マトリックス除去プロセス１８８は、非損傷樹脂を有さない剥離回収物１５２から樹脂マトリックス５６を除去する。樹脂マトリックス除去プロセス１８８は、樹脂マトリックス５６を除去するための既存の熱分解プロセスを含みうる、又は別の好適な樹脂マトリックス除去プロセスを含みうる。バインダー塗布プロセス１９０は、繊維３２を無傷に保つために複数の繊維３２にバインダー剤１９４を塗布する。バインダー剤１９４を塗布した剥離回収物５２は次に、第２成形コンパウンド１９８のフィード１９６として使用することができる。
【００４２】
本発明の別の実施形態では、リサイクル方法３００が提供されている。図１２は、本発明のリサイクル方法３００の実例となる実施形態のフロー図である。図１２に示すように、本発明の実施形態では、硬化複合積層材３０（図５参照）を、硬化複合積層材の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する剥離回収物５２（図５参照）にリサイクルするリサイクル方法３００が提供されている。リサイクル方法３００は、樹脂マトリックス５６と、繊維容積分率５４及び薄板レベルの繊維アライメント５５を有する複数の繊維３２を含む硬化複合積層材３０を準備するステップ３０２を含む。硬化複合積層材３０は、製造スクラップ、寿命末期のスクラップ、トリム廃棄物、チップ、カットオフ、ツーリング、未使用材料、廃棄された構造部品、期限切れの構造部品、又はその他の適切なリサイクルされる硬化複合積層材３０を含む硬化複合積層品であることが好ましい。
【００４３】
リサイクル方法３００はさらに、一又は複数の液体溶媒６０（図５参照）に浸して硬化複合積層材３０に一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸わせることによって硬化複合積層材３０の前処理を行うステップ３０４を含む。リサイクル方法３００はさらに、硬化複合積層材３０に吸収されなかった一又は複数の液体溶媒６０の超過量をすべて除去するステップ３０６を含む。
【００４４】
リサイクル方法３００はさらに、一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸収した硬化複合積層材３０を、一又は複数の液体溶媒６０の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱するステップ３０８を含む。予熱ステップは、高分圧であることが好ましい分圧環境７３（図５参照）において、伝導エネルギー８２（図８参照）、対流エネルギー９０（図８参照）、又は赤外線エネルギー９８（図８参照）を含む熱エネルギー７６（図８参照）；マイクロ波エネルギー１０６（図８参照）；誘導エネルギー１１４（図８参照）；超音波エネルギー１２８（図８参照）を含む音響エネルギー１２２（図８参照）、又は別の好適な予熱エネルギーを含む予熱エネルギー７２（図５参照）で行われることが好ましい。
【００４５】
リサイクル方法３００はさらに、一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸収した予熱した硬化複合積層材３０を、一又は複数の液体溶媒６０の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱し、一又は複数の液体溶媒６０の液体から気体への位相変化１４０（図５参照）を起こして硬化複合積層材３０を剥離させるステップ３１０を含む。予熱した硬化複合積層材の急速加熱は、伝導エネルギー８２（図９参照）、対流エネルギー９０（図９参照）、又は赤外線エネルギー９８（図９参照）を含む熱エネルギー７６（図９参照）；マイクロ波エネルギー１０６（図９参照）；誘導エネルギー１１４（図９参照）；超音波エネルギー１２８（図９参照）を含む音響エネルギー１２２（図９参照）、又は別の好適な加熱エネルギーを含む加熱エネルギー１３８（図９参照）で行われる。リサイクル方法３００はさらに、硬化複合積層材３０の複数の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ複数の繊維３２の繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する剥離回収物５２（図５参照）を得るステップ３１２を含む。
【００４６】
リサイクル方法３００はさらに、剥離回収物５２の汚染物質の仕分け及び分類を行って、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物１５０（図５参照）と、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２（図５参照）とに分ける任意のステップ３１４を含む。リサイクル方法３００はさらに、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物１５０を第１成形コンパウンド１８２（図５参照）のダイレクトフィード１８０（図５参照）として使用する任意のステップ３１６を含む。
【００４７】
リサイクル方法３００はさらに、任意の追加ステップを含みうる。例えば、リサイクル方法３００は前処理ステップ３０４を行う前に、破砕プロセス２０６、粉砕プロセス２１０、切削プロセス２１４、研削プロセス２１８、圧壊プロセス２２２、せん断プロセス２２６又は別の好適な寸法縮小プロセス等の寸法縮小プロセス２０２（図７参照）を用いて、硬化複合積層材３０の寸法を縮小させるステップを含むことができる。リサイクル方法３００は前処理ステップ３０４を行う前に、例えば繊維再生浮遊選別プロセス１５６、密度勾配プロセス１６０、渦電流選別プロセス１６４、磁気選別プロセス１６８、サイクロン選別プロセス１７２、ふるい分けプロセス１７６、又は別の好適な汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４等の汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４（図１０参照）を用いて硬化複合積層材３０の汚染物質の仕分け及び分類を行うステップをさらに含むことができる。リサイクル方法３００はさらに、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２から樹脂マトリックス５６を除去し、バインダー剤１９４（図３Ｂ参照）を非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２の複数の繊維３２に塗布することによって複数の繊維３２を無傷に保つように非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物を処理し、バインダー剤１９４を塗布した剥離回収物５２を第２成形コンパウンド１９８（図３Ｂ参照）のフィード１９６として使用することを含むことができる。
【００４８】
本発明の別の実施形態では、リサイクル方法４００が提供されている。図１３Ａ〜１３Ｂは、本発明のリサイクル方法４００の別の実例となる実施形態のフロー図である。図１３Ａ〜１３Ｂに示すように、本発明の実施形態では、硬化複合積層スクラップ４０（図６参照）を、硬化複合積層スクラップ４０の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する剥離回収物５２にリサイクルするリサイクル方法４００が提供されている。図１３Ａに示すように、リサイクル方法４００は、樹脂マトリックス５６と、繊維容積分率５４及び薄板レベルの繊維アライメント５５を有する複数の繊維３２を含む硬化複合積層スクラップ４０を準備するステップ４０２を含む。
【００４９】
図１３Ａに示すように、リサイクル方法４００はさらに、寸法縮小プロセス２０２（図６参照）を用いて硬化複合積層スクラップ４０の寸法を縮小して硬化複合積層フレーク２５０（図６参照）を得るステップ４０４を含む。リサイクル方法４００はさらに、硬化複合積層フレーク２５０の汚染物質の仕分け及び分類を行うステップ４０６を含む。図１３Ａに示すように、リサイクル方法４００はさらに、硬化複合積層フレーク２５０を一又は複数の液体溶媒６０（図６参照）に浸して硬化複合積層フレーク２５０に一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸わせることによって硬化複合積層フレーク２５０の前処理を行うステップ４０８を含む。図１３Ａに示すように、リサイクル方法４００はさらに、硬化複合積層フレーク２５０に吸収されなかった一又は複数の液体溶媒６０の超過量をすべて除去するステップ４１０を含む。図１３Ａに示すように、リサイクル方法はさらに、一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸収した硬化複合積層フレーク２５０を、一又は複数の液体溶媒６０の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱するステップ４１２を含む。予熱エネルギープロセス７０（図６参照）は上に詳しく記載され、図８に示されている。
【００５０】
図１３Ａに示すように、リサイクル方法４００はさらに、一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸収した予熱した硬化複合積層フレーク２５０を、一又は複数の液体溶媒の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱し、一又は複数の液体溶媒６０の液体から気体への位相変化１４０（図６参照）を起こして硬化複合積層フレーク２５０を剥離させるステップ４１４を含む。急速加熱ステップ４１４は、上に詳しく記載し図９に示す位相変化剥離プロセス１４２を含むことが好ましい。
【００５１】
図１３Ａに示すように、リサイクル方法４００はさらに、硬化複合積層スクラップ４０の複数の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ複数の繊維３２の繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する剥離回収物５２（図６参照）を得るステップ４１６を含む。
【００５２】
図１３Ｂに示すように、リサイクル方法４００はさらに、剥離回収物５２の汚染物質の仕分け及び分類を行って、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物１５０（図６参照）と、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２（図６参照）とに分ける任意の汚染物質の仕分け及び分類ステップ４１８を含みうる。
【００５３】
図１３Ｂに示すように、リサイクル方法４００はさらに、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物１５０を第１成形コンパウンド１８２（図６参照）のダイレクトフィード１８０（図６参照）として使用する任意のステップ４２０を含むことができる。図１３Ｂに示すように、リサイクル方法４００はさらに、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２から樹脂マトリックス５６を除去するステップ４２４と、バインダー剤１９４（図３Ｂ参照）を非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２の複数の繊維３２に塗布して複数の繊維３２を無傷に保つステップ４２６を含む、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２の処理を行う任意のステップ４２２と、バインダー剤１９４を塗布した剥離回収物５２を第２成形コンパウンド１９８（図６参照）のフィード１９６（図６参照）として使用するステップ４２８を含むことができる。
【００５４】
図１４は、本発明の方法及びシステムの実例となる実施形態で使用可能なステップを要約した概略図である。図１４は、寸法縮小プロセス２０２に投入され処理される硬化複合積層スクラップ４０を示す。寸法縮小プロセス２０２は、上述し図７に示す寸法縮小装置２０４を使用することが好ましい。寸法が縮小した硬化複合積層スクラップ４０は次に汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４に送られる。図１４に示すように、汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４においては、再生繊維の微粉砕物２６２、廃棄物２６４、有価金属材料２６６、又はその他の適切な生産物が生じうる。汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４は、上述し図１０に示す汚染物質の仕分け及び分類装置１４８を使用することが好ましい。縮小し、仕分けされた硬化複合積層スクラップ４０は次に、前処理溶媒浸漬プロセス６１で処理される。前処理溶媒浸漬プロセス６１は、上述した前処理溶媒浸漬装置５８（図４Ｂ参照）を使用することが好ましい。縮小し、仕分けされ、前処理した硬化複合積層スクラップ４０は次に、液体溶媒除去プロセス６７で処理される。液体溶媒除去プロセス６７は、上述した液体溶媒除去装置６６（図４Ｂ参照）を使用することが好ましい。液体溶媒除去プロセス６７の後で、縮小し、仕分けされ、前処理した、超過量の溶媒が除去された硬化複合積層スクラップ４０は、前処理溶媒浸漬プロセス６１に戻されさらに浸漬させる、又は予熱エネルギープロセス７０に進ませることができる。予熱エネルギープロセス７０は、上述し図８に示す予熱エネルギー装置６８を使用することが好ましい。縮小し、仕分けされ、前処理した、超過量の溶媒が除去され、予熱した硬化複合積層スクラップ４０は次に、位相変化剥離プロセス１４２で処理される。位相変化剥離プロセス１４２は、上述し図９に示す位相変化剥離装置１３６を使用することが好ましい。図１４に示すように、結果として得られた生産物は次に、汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４で処理される。非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物１５０を、非損傷樹脂マトリックスを有する単一の薄板厚さの複合フレーク２６８の形態等のダイレクトフィード１８０として使用可能である。あるいは、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物１５２を樹脂マトリックス除去プロセス１８８及びバインダー塗布プロセス１９０で処理して、単一の薄板厚さの複合繊維フレーク２６９の形態等のフィード１９６として使用する。
【００５５】
図１５は、本発明の方法５００の別の実例となる実施形態のフロー図を示したものである。この実施形態では、硬化複合積層材３０を、硬化複合積層材３０の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する剥離回収物５２にリサイクルする方法５００が提供されている。方法５００は、樹脂マトリックス５６と、繊維容積分率５４及び薄板レベルの繊維アライメント５５を有する複数の繊維３２を含む硬化複合積層材３０を準備するステップ５０２を含む。方法５００はさらに、一又は複数の液体溶媒６０に浸して硬化複合積層材３０に一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸わせることによって硬化複合積層材３０の前処理を行う任意のステップ５０４を含むことができる。方法５００はさらに、硬化複合積層材３０が吸収しなかった一又は複数の液体溶媒の超過量をすべて除去する任意のステップ５０６を含みうる。方法５００はさらに、一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸収した硬化複合積層材３０を、一又は複数の液体溶媒の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱する任意のステップ５０８を含みうる。
【００５６】
方法５００はさらに、窒素雰囲気又は環境において硬化複合積層材３０を熱的に加熱して、硬化複合積層材３０を剥離させるステップ５１０を含む。硬化複合積層材３０は、窒素雰囲気又は環境においてオーブン等の加熱装置での制御熱分解を用いて加熱されることが好ましい。硬化複合積層材３０は、華氏約５００度よりも高い温度で約１時間の間加熱されることが好ましい。しかしながら、加熱温度及び加熱時間は熱的に加熱される硬化複合積層材３０の種類によって変わる。硬化複合積層材３０を窒素雰囲気において個々の薄板に剥離するまで十分に加熱した後で、方法５００はさらに、樹脂マトリックスチャー６０４（図１６参照）を有する繊維３２を含む剥離回収物５２ａを得るステップ５１２を含む。剥離回収物５２は、硬化複合積層材３０の複数の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ繊維３２の繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する。
【００５７】
剥離回収物５２ａが得られたら、次に、新たな樹脂マトリックス塗布装置６０６で既存の圧密プロセスを用いて新たな樹脂マトリックス６０８（図１６参照）で任意に圧密化してもよい。新たな樹脂マトリックス６０８が塗布された剥離回収物５２ａは次に、例えばパネル又は複合パーツ等の構造体６１０（図１６参照）に作り替えられる。あるいは、剥離回収物５２ａが得られたら、次に、バインダー塗布装置１８６で既存の圧密プロセスを用いてバインダー剤１９４（図１６参照）で任意に圧密化してもよい。バインダー剤１９４を塗布した剥離回収物５２ａは次にフィード１９６として用いて、上述した第２成形コンパウンド１９８にされる。
【００５８】
図１６は、硬化複合積層材３０を、硬化複合積層材３０の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する剥離回収物５２ａにリサイクルするリサイクルシステム６００の別の一実施形態のブロック図である。図１６に示すように、リサイクルシステム６００は、樹脂マトリックス５６と、繊維容積分率５４及び薄板レベルの繊維アライメント５５を有する複数の繊維３２を含む硬化複合積層材３０を含む。薄板レベルの繊維アライメントは、連続的な、アライメントされた繊維配向性３４の形態（図２Ａ参照）であることが好ましい。硬化複合積層材３０は、製造スクラップ、寿命末期のスクラップ、トリム廃棄物、チップ、カットオフ、ツーリング、未使用材料、廃棄された構造部品、期限切れの構造部品、又はその他の適切なリサイクル対象の硬化複合積層材３０を含みうる。
【００５９】
図１６に示すように、リサイクルシステム６００はさらに、硬化複合積層材３０を前処理溶媒浸漬プロセス６１（図５参照）を用いて浸して硬化複合積層材３０に一又は複数の液体溶媒６０を実質的に吸わせるための一又は複数の液体溶媒６０（図５参照）を含む前処理溶媒浸漬装置５８を任意に含みうる。一又は複数の液体溶媒６０は、水、ベンジルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、塩酸、及びこれらのうちの一又は複数の組み合わせ、又は別の好適な液体溶媒を含みうる。前処理溶媒浸漬装置５８は、ふたの開いた又は閉じた容器又はベッセルを含みうる。任意で、前処理溶媒浸漬プロセス６１は熱６２（図５参照）で、圧力６４（図５参照）で、又は熱６２と圧力６４を組み合わせて行うことができる。
【００６０】
図１６に示すように、リサイクルシステム６００はさらに、硬化複合積層材３０が吸収しなかった一又は複数の液体溶媒６０の超過量をすべて、液体溶媒除去プロセス６７（図５参照）を用いて除去する液体溶媒除去装置６６を任意に含みうる。液体溶媒除去プロセス６７は、空気にさらすこと、又は別の好適な蒸発プロセスによる蒸発を含むことができる。
【００６１】
図１６に示すように、リサイクルシステム６００はさらに、硬化複合積層材３０を、一又は複数の液体溶媒６０の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱する予熱エネルギー装置６８を任意に含むことができる。予熱エネルギー装置６８と予熱エネルギープロセス７０は上に詳しく記載し図８に示されている。
【００６２】
図１６に示すように、リサイクルシステム６００はさらに、窒素雰囲気又は環境において硬化複合積層材３０を熱的に加熱して、硬化複合積層材３０を剥離させる剥離装置６０２を含む。剥離装置６０２は、好ましくは華氏約５００度よりも高い温度で窒素雰囲気において硬化複合積層材３０を加熱できる熱分解装置であることが好ましい。図１６に示すように、硬化複合積層材３０を剥離装置６０２を用いて剥離させると、剥離回収物５２ａができる。得られた又は生産された剥離回収物５２ａは、樹脂マトリックスチャー６０４を有する繊維３２を含む。剥離回収物５２ａは、硬化複合積層材３０の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ繊維３２の繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する。
【００６３】
方法５００とリサイクルシステム６００は、制御熱分解プロセスを使って硬化複合積層材３０を分離させることが好ましい。時間、温度、及び分圧環境（図５参照）は、薄板層３３（図２Ａ参照）間の樹脂マトリックス５６を選択的に熱分解して、最小量の樹脂マトリックス５６及び／又は樹脂マトリックスチャー６０２（図１６参照）を無傷に保つと同時に、硬化複合積層フレーク２５０（図４Ｂ参照）の形態であってよい剥離回収物５２ａの密着性を保護するように制御することができる。さらに、制御熱分解は、硬化複合積層材３０の繊維３２の繊維容積分率５４と薄板レベルの繊維アライメント５５と実質的に同じ繊維３２の繊維容積分率５４ａと薄板レベルの繊維アライメント５５ａを維持する又は保護することが好ましい。
【００６４】
任意で、方法５００及びリサイクルシステム６００はさらに、前処理溶媒浸漬装置５８を使用する前に使用する寸法縮小装置２０４（図４Ｂ参照）を使用する寸法縮小プロセス２０２（図６参照）を含むことができる。任意で、方法５００及びリサイクルシステム６００はさらに、前処理溶媒浸漬装置５８を使用する前に使用する汚染物質の仕分け及び分類装置１４８（図４Ｂ参照）を使用する汚染物質の仕分け及び分類プロセス１５４（図６参照）を含むことができる。
【００６５】
弾性係数試験リサイクルシステム６００を使用して、方法５００によって得られた剥離回収物の薄板フレークが組み込まれた硬化複合積層材に、弾性係数試験を実施した。この用途目的のために、弾性係数又は引張係数試験を実施して、ポリマー樹脂マトリックスに剥離回収物の薄板フレークが組み込まれた硬化複合積層材の剛性を測定した。薄板フレークの形態の剥離回収物は、約１時間の間、華氏約５００度の温度で実質的に純粋な窒素雰囲気又は環境の伝導オーブンを用いた制御熱分解プロセスで、破砕された硬化炭素複合積層材を加熱することによって得られた。十分な加熱と熱分解の後で、結果として得られたフレーク材を冷却し、圧密化プロセスを用いて剥離フレークにポリマー樹脂マトリックスを添加した。樹脂と再生したフレーク材に十分な熱と十分な圧力をかけて、圧密化された複合パネルを形成した。ポリマー樹脂マトリックスの硬化複合積層フレークを有するパネルから３つのクーポンを切削した。試験クーポンを１分当たり０．０５インチの引張変位の速さでロードしながら、ロードセルと伸び計を組み込んだ単軸ロードフレームで印加した負荷及び歪み量をそれぞれ測定して、クーポンに対し引張力の試験を行った。３つのクーポンそれぞれの弾性係数をギガパスカル（ＧＰａ）の単位で計算した。１番のクーポンの弾性係数は４２ＧＰａであった。２番のクーポンの弾性係数は４１ＧＰａであった。３番のクーポンの弾性係数は２９ＧＰａであった。１、２、及び３番のクーポンの平均弾性係数は３７．３ＧＰａであった。
【００６６】
図１７Ａ〜１７Ｂに、上述した弾性係数試験において１、２及び３番のクーポンに使用された同じパネルから取った別のクーポンから剥離回収物の薄板フレークが組み込まれた硬化複合積層材の断面の顕微鏡写真を示す。図１７Ａは、パネルのクーポンから取ったポリマーマトリックス硬化複合積層材７０２に組み込まれた剥離回収物の薄板フレークの第１顕微鏡写真の断面７００ａを示している。第１顕微鏡写真の断面７００ａに示す有孔領域７０４の数は少ない。図１７Ｂは、図１７Ａのように、同じパネルのクーポンから取ったポリマーマトリックス硬化複合積層材７０２に組み込まれた剥離回収物の薄板フレークの第２顕微鏡写真の断面７００ｂを示している。第２顕微鏡写真の断面７００ｂに示す有孔領域７０４の数は少ない。顕微鏡写真は約５０倍の倍率で光学顕微鏡カメラで撮ったものである。図１７Ａ〜１７Ｂに示す結果的に得られた回収積層材は、リサイクル元の非リサイクル積層材と視覚的に同等であり、既存の非リサイクル積層材と視覚的に同等である。
【００６７】
本明細書に開示したシステム５０、５１、２００、２０１、６００と、方法２７０、２８０、３００、４００、５００の実施形態は積層材を効率的に分離することができ、ここでは積層材を最初に溶媒（水、ベンジルアルコール、又は別の好適な溶媒）で処理し、次に急速に加熱して、位相変化を起こして積層材のプライを剥離及び分離させ、純度の高い回収物を得、また連続的な繊維配向性の複合材の場合は、繊維強化剥離フレークの形態の高い繊維容積ローディングの維持につながる。上記剥離材を次に既存の分類技術によって分離して、配向された価値の高い炭素繊維の再利用を促進することができる。
【００６８】
さらに、本明細書に開示したシステム５０、５１、２００、２０１、６００と、方法２７０、２８０、３００、４００、５００の実施形態は、例えばチップ又はフレークなどの硬化複合積層材の繊維の元の配向性を維持するシステム及び方法を生み出すことによって、例えば炭素繊維回収物等の剥離回収物の繊維配向性の問題に対処するものである。結果として得られた剥離チップ又はフレークを使用して、価値の高い複合パーツを作製することができる。開示したシステム及び方法により、炭素繊維の元の配向性が維持及び保護され、価値の高いより有用な最終生成物が得られる。
【００６９】
上述の説明及び関連する図面に示した教示の利点を有するこのような発明に関連する当業者であれば、本明細書に記載した多数の変形例および他の実施形態が想起されよう。本明細書に記載した実施形態は、例示することを意図したものであって、限定的又は網羅的であることを意図していない。本明細書では特定の用語を使用しているが、それらは、一般的及び説明的な意味でのみ使用されており、限定を目的として使用されているものではない。
【符号の説明】
【００７０】
３０ 硬化複合積層材
３２ 繊維
４０ 硬化複合積層スクラップ
５０ リサイクルシステム
５１ リサイクルシステム
５２ 剥離回収物
５２ａ 剥離回収物
５４ 繊維容積分率
５４ａ 繊維容積分率
５５ 薄板レベルの繊維アライメント
５５ａ 薄板レベルの繊維アライメント
５６ 樹脂マトリックス
５８ 前処理溶媒浸漬装置
６０ 一又は複数の液体溶媒
６１ 前処理溶媒浸漬プロセス
６２ 任意の熱
６４ 任意の圧力
６６ 液体溶媒除去装置
６７ 液体溶媒除去プロセス
６８ 予熱エネルギー装置
７０ 予熱エネルギープロセス
７２ 予熱エネルギー
７３ 分圧環境
７４ 熱エネルギープロセス
７６ 熱エネルギー
７８ 熱エネルギー装置
８０ 伝導エネルギープロセス
８２ 伝導エネルギー
８４ 伝導エネルギー装置
８６ 伝導オーブン
８８ 対流エネルギープロセス
９０ 対流エネルギー
９２ 対流エネルギー装置
９４ 対流式オーブン
９６ 赤外線エネルギープロセス
９８ 赤外線エネルギー
１００ 赤外線エネルギー装置
１０２ 赤外線式クォーツヒータ
１０４ マイクロ波エネルギープロセス
１０６ マイクロ波エネルギー
１０８ マイクロ波エネルギー装置
１１０ マイクロ波送信機
１１２ 誘導エネルギープロセス
１１４ 誘導エネルギー
１１６ 誘導エネルギー装置
１１８ 誘導加熱コイル
１２０ 音響エネルギープロセス
１２２ 音響エネルギー
１２４ 音響エネルギー装置
１２６ 超音波エネルギープロセス
１２８ 超音波エネルギー
１３０ 超音波エネルギー装置
１３２ 超音波振動子
１３４ 超音波プローブ
１３６ 位相変化剥離装置
１３８ 急速加熱エネルギー
１４０ 溶媒の液体から気体への位相変化
１４２ 位相変化剥離プロセス
１４４ 急速加熱エネルギープロセス
１４６ 急速加熱装置
１４８ 任意の汚染物質の仕分け及び分類装置
１５０ 非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物
１５２ 非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物
１５４ 任意の汚染物質及び分類プロセス
１５６ 繊維再生浮遊選別プロセス
１５８ 繊維再生浮遊選別装置
１６０ 密度勾配プロセス
１６２ 密度勾配装置
１６４ 渦電流選別プロセス
１６６ 渦電流選別装置
１６８ 磁気選別プロセス
１７０ 磁気選別装置
１７２ サイクロン選別プロセス
１７４ サイクロン選別装置
１７６ ふるい分けプロセス
１７８ ふるい分け装置
１８０ ダイレクトフィード
１８２ 第１成形コンパウンド
１８４ 任意の樹脂マトリックス除去装置
１８６ 任意のバインダー塗布装置
１８８ 任意の樹脂マトリックス除去プロセス
１９０ 任意のバインダー塗布プロセス
１９４ バインダー剤
１９６ フィード
１９８ 第２成形コンパウンド
２００ リサイクルシステム
２０１ リサイクルシステム
２０２ 寸法縮小プロセス
２０４ 寸法縮小装置
２０６ 破砕プロセス
２０８ 破砕装置
２１０ 粉砕プロセス
２１２ 粉砕装置
２１４ 切削プロセス
２１６ 切削装置
２１８ 研削プロセス
２２０ 研削装置
２２２ 圧壊プロセス
２２４ 圧壊装置
２２６ せん断プロセス
２２８ せん断装置
２２９ａ 機械特性
２２９ｂ 機械特性
２３０ａ 繊維剛性
２３０ｂ 同程度の繊維剛性
２３２ａ 繊維容積ローディング
２３２ｂ 同程度の繊維容積ローディング
２３４ａ 熱膨張係数
２３４ｂ 同程度の熱膨張係数
２５０ 硬化複合積層フレーク
２６２ 再生繊維の微粉砕物
２６４ 廃棄物
２６６ 有価金属材料
２６８ 非損傷樹脂マトリックスを有する単一の薄板厚さの複合フレーク
２６９ 単一の薄板厚さの複合繊維フレーク
２７０ リサイクル方法
２８０ リサイクル方法
３０２ ステップ
３０４ ステップ
３０６ ステップ
３０８ ステップ
３１０ ステップ
３１２ ステップ
３１４ ステップ
３１６ ステップ
４０２ ステップ
４０４ ステップ
４０６ ステップ
４０８ ステップ
４１０ ステップ
４１２ ステップ
４１４ ステップ
４１６ ステップ
４１８ ステップ
４２０ ステップ
４２２ ステップ
４２４ ステップ
４２６ ステップ
４２８ ステップ
５０２ ステップ
５０４ ステップ
５０６ ステップ
５０８ ステップ
５１０ ステップ
５１２ ステップ
６００ リサイクルシステム
６０２ 剥離装置
６０４ 樹脂マトリックスチャー
６０６ 任意の新たな樹脂マトリックス塗布装置
６０８ 新たな樹脂マトリックス
６１０ 構造体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化複合積層材（３０）を、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物（５２）にリサイクルする方法（３００）であって、
樹脂マトリックスと、繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを有する複数の繊維を含む硬化複合積層材（３０）を準備し（３０２）、
一又は複数の液体溶媒に浸して前記硬化複合積層材に前記一又は複数の液体溶媒を実質的に吸わせて前記硬化複合積層材（３０）の前処理を行い（３０４）、
前記硬化複合積層材が吸収しなかった前記一又は複数の液体溶媒の超過量をすべて除去し（３０６）、
前記一又は複数の液体溶媒を実質的に吸収した前記硬化複合積層材（３０）を、前記一又は複数の液体溶媒の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱し（３０８）、
前記一又は複数の液体溶媒を実質的に吸収した予熱した前記硬化複合積層材（３０）を、前記一又は複数の液体溶媒の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱して（３１０）、前記一又は複数の液体溶媒の液体から気体への位相変化を起こして、前記硬化複合積層材を剥離させ、前記硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物を得る（３１２）
ことを含む方法。
【請求項２】
前記剥離回収物の汚染物質の仕分け及び分類を行って（３１４）、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物（１５０）と、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物（１５２）とに分けることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物を成形コンパウンドのダイレクトフィードとして使用する（３１６）ことをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物（１５２）を下記の、
前記非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物（１５２）から樹脂マトリックス（５６）を除去し、
前記非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物の複数の繊維（３２）にバインダー剤を塗布して（１９４）、前記複数の繊維を無傷に保ち、
前記バインダー剤を塗布した前記剥離回収物を成形コンパウンドのフィード（１９６）として使用する
ステップによって処理することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記一又は複数の液体溶媒（６０）は、水、ベンジルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、塩酸、及びこれらのうちの一又は複数の組み合わせを含むグループから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記前処理（３０４）が熱、圧力、又は熱及び圧力の組み合わせによって実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
硬化複合積層材（３０）を、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物にリサイクルするシステムであって、
樹脂マトリックス（５６）と、繊維容積分率及び薄板レベルの繊維アライメントを有する複数の繊維（３２）を含む硬化複合積層材（３０）と、
前記硬化複合積層材（３０）を浸して前記硬化複合積層材に前記一又は複数の液体溶媒を実質的に吸わせる前記一又は複数の液体溶媒を含む前処理溶媒浸漬装置（５８）と、
前記硬化複合積層材が吸収しなかった前記一又は複数の液体溶媒の超過量をすべて除去する液体溶媒除去装置（６６）と、
前記硬化複合積層材を、一又は複数の液体溶媒の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱する予熱エネルギー装置（６８）と、
予熱した前記硬化複合積層材を、実質的に前記一又は複数の液体溶媒の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱して、前記一又は複数の液体溶媒の液体から気体への位相変化を起こして前記硬化複合積層材を剥離させ、前記硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物を得る位相変化剥離装置（１３６）
を備えるシステム。
【請求項８】
前記剥離回収物の汚染物質の仕分け及び分類を行って、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物と、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物とに分ける汚染物質の仕分け及び分類装置（１４８）をさらに含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物に対して、樹脂マトリックス除去装置（１８４）と、バインダー塗布装置（１８６）とをさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記一又は複数の液体溶媒（６０）は、水、ベンジルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、塩酸、及びこれらのうちの一又は複数の組み合わせを含むグループから選択される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１】
硬化複合積層材（３０）を、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物（５２）にリサイクルする方法（３００）であって、
樹脂マトリックスと、繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを有する複数の繊維を含む硬化複合積層材（３０）を準備し（３０２）、
一又は複数の液体溶媒に浸して前記硬化複合積層材に前記一又は複数の液体溶媒を実質的に吸わせて前記硬化複合積層材（３０）の前処理を行い（３０４）、
前記硬化複合積層材が吸収しなかった前記一又は複数の液体溶媒の超過量をすべて除去し（３０６）、
前記一又は複数の液体溶媒を実質的に吸収した前記硬化複合積層材（３０）を、前記一又は複数の液体溶媒の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱し（３０８）、
前記一又は複数の液体溶媒を実質的に吸収した予熱した前記硬化複合積層材（３０）を、前記一又は複数の液体溶媒の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱して（３１０）、前記一又は複数の液体溶媒の液体から気体への位相変化を起こして、前記硬化複合積層材を剥離させ、前記硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物を得る（３１２）
ことを含む方法。
【請求項２】
前記剥離回収物の汚染物質の仕分け及び分類を行って（３１４）、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物（１５０）と、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物（１５２）とに分けることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物を成形コンパウンドのダイレクトフィードとして使用する（３１６）ことをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物（１５２）を下記の、
前記非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物（１５２）から樹脂マトリックス（５６）を除去し、
前記非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物の複数の繊維（３２）にバインダー剤を塗布して（１９４）、前記複数の繊維を無傷に保ち、
前記バインダー剤を塗布した前記剥離回収物を成形コンパウンドのフィード（１９６）として使用する
ステップによって処理することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記一又は複数の液体溶媒（６０）は、水、ベンジルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、塩酸、及びこれらのうちの一又は複数の組み合わせを含むグループから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記前処理（３０４）が熱、圧力、又は熱及び圧力の組み合わせによって実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
硬化複合積層材（３０）を、硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物にリサイクルするシステムであって、
樹脂マトリックス（５６）と、繊維容積分率及び薄板レベルの繊維アライメントを有する複数の繊維（３２）を含む硬化複合積層材（３０）と、
前記硬化複合積層材（３０）を浸して前記硬化複合積層材に前記一又は複数の液体溶媒を実質的に吸わせる前記一又は複数の液体溶媒を含む前処理溶媒浸漬装置（５８）と、
前記硬化複合積層材が吸収しなかった前記一又は複数の液体溶媒の超過量をすべて除去する液体溶媒除去装置（６６）と、
前記硬化複合積層材を、一又は複数の液体溶媒の最低溶媒沸点よりも低い温度に予熱する予熱エネルギー装置（６８）と、
予熱した前記硬化複合積層材を、実質的に前記一又は複数の液体溶媒の最高溶媒沸点よりも高い温度まで急速に加熱して、前記一又は複数の液体溶媒の液体から気体への位相変化を起こして前記硬化複合積層材を剥離させ、前記硬化複合積層材と実質的に同じ繊維容積分率と薄板レベルの繊維アライメントを維持する剥離回収物を得る位相変化剥離装置（１３６）
を備えるシステム。
【請求項８】
前記剥離回収物の汚染物質の仕分け及び分類を行って、非損傷樹脂マトリックスを有する剥離回収物と、非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物とに分ける汚染物質の仕分け及び分類装置（１４８）をさらに含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記非損傷樹脂マトリックスを有さない剥離回収物に対して、樹脂マトリックス除去装置（１８４）と、バインダー塗布装置（１８６）とをさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記一又は複数の液体溶媒（６０）は、水、ベンジルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、塩酸、及びこれらのうちの一又は複数の組み合わせを含むグループから選択される、請求項７に記載のシステム。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【公開番号】特開２０１３−１０３２２３（Ｐ２０１３−１０３２２３Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２５０３６２（Ｐ２０１２−２５０３６２）
【出願日】平成２４年１１月１４日（２０１２．１１．１４）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５０３６２（Ｐ２０１２−２５０３６２）
【出願日】平成２４年１１月１４日（２０１２．１１．１４）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]