特開 2024-127176 リサイクル炭素繊維の回収方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024127176

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】リサイクル炭素繊維の回収方法

(51)【国際特許分類】

   C08J 11/12 20060101AFI20240912BHJP

【ＦＩ】

C08J11/12 ZAB

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023036154

(22)【出願日】2023-03-09

【新規性喪失の例外の表示】新規性喪失の例外適用申請有り

(71)【出願人】

【識別番号】592134583

【氏名又は名称】愛媛県

(74)【代理人】

【識別番号】100121773

【弁理士】

【氏名又は名称】相原 正

(72)【発明者】

【氏名】安達 春樹

【テーマコード（参考）】

4F401

【Ｆターム（参考）】

4F401AA21

4F401AB06

4F401AD08

4F401BA13

4F401CA70

4F401CA90

4F401CB01

4F401CB10

4F401CB13

4F401CB14

4F401EA42

4F401FA01Z

(57)【要約】

【課題】低コストでＣＲＦＰからリサイクル炭素繊維を回収することのできるリサイクル炭素繊維の回収方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るリサイクル炭素繊維の回収方法は、炭素繊維強化プラスチックを加熱炉１０内で熱処理することでリサイクル炭素繊維を回収する回収方法において、炭素繊維強化プラスチックを上部に換気穴５１の開いた金属密閉容器５０内に収容して加熱炉１０内に設置する収容工程Ｓ１と、加熱炉１０内を所定の温度まで上昇させる加熱工程Ｓ２，Ｓ３と、加熱炉１０内を冷却する冷却工程Ｓ５，Ｓ６と、を備える。また、本発明に係るリサイクル炭素繊維の回収方法において、冷却工程Ｓ５，Ｓ６は、加熱炉１０内を不活性ガスで置換しながら所定の温度まで冷却する不活性ガス置換工程Ｓ５を備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭素繊維強化プラスチックを加熱炉内で熱処理することでリサイクル炭素繊維を回収する回収方法において、
前記炭素繊維強化プラスチックを上部に換気穴の開いた金属密閉容器内に収容して前記加熱炉内に設置する収容工程と、
前記加熱炉内を所定の温度まで上昇させる加熱工程と、
前記加熱炉内を冷却する冷却工程と、
を備えることを特徴とするリサイクル炭素繊維の回収方法。

【請求項2】

前記冷却工程は、前記加熱炉内を不活性ガスで置換しながら所定の温度まで冷却する不活性ガス置換工程を備えることを特徴とする請求項１記載のリサイクル炭素繊維の回収方法。

【請求項3】

前記不活性ガス置換工程は、前記冷却工程の開始後、前記加熱炉内が400℃以下になるまで冷却する工程であることを特徴とする請求項２記載のリサイクル炭素繊維の回収方法。

【請求項4】

前記加熱炉はいぶし窯であり、
前記不活性ガス置換工程は、前記いぶし窯が備えるブタンガス注入用配管を用いることを特徴とする請求項２記載のリサイクル炭素繊維の回収方法。

【請求項5】

前記加熱工程は、500～620℃まで昇温させることを特徴とする請求項１記載のリサイクル炭素繊維の回収方法。

【請求項6】

前記収容工程は、さらに下部にも換気穴の開けられた前記金属密閉容器内に収容する工程であることを特徴とする請求項１乃至５何れか１項記載のリサイクル炭素繊維の回収方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭素繊維強化プラスチックからリサイクル炭素繊維を回収する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、軽量で高強度、錆びないという特性を有し、市場の拡大が進んでいるが、廃棄される使用済みＣＦＲＰが今後大量に発生することが問題となっている。

【0003】

ＣＦＲＰは、一度成形すると形が固定されてしまい、ＣＦＲＰを溶かして別の形に作り替えることができないため、リサイクルするためには、ＣＦＲＰに複合化されているマトリクス樹脂を取り除いてリサイクル炭素繊維（ｒＣＦ）を回収する必要がある。使用済みのＣＦＲＰからｒＣＦを回収する技術は、例えば、下記特許文献に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６－９９１６０号公報

【特許文献2】特開２００５－３０１７１２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上記特許文献１においては、300～600℃のガス雰囲気化でプラスチックを熱分解する際に、酸素によるｒＣＦの劣化が生じてしまう。また、特許文献２では、ｒＣＦの酸素劣化を防止するために、炉内容量に対して10～100倍の不活性ガス（窒素やアルゴン等）を導入しながら熱処理を行っているが、不活性ガスが大量に必要となり、回収コストが大きく上昇してしまう。

【0006】

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、低コストでＣＦＲＰからリサイクル炭素繊維を回収することのできるリサイクル炭素繊維の回収方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明に係るリサイクル炭素繊維の回収方法は、炭素繊維強化プラスチックを加熱炉内で熱処理することでリサイクル炭素繊維を回収する回収方法において、前記炭素繊維強化プラスチックを上部に換気穴の開いた金属密閉容器内に収容して前記加熱炉内に設置する収容工程と、前記加熱炉内を所定の温度まで上昇させる加熱工程と、前記加熱炉内を冷却する冷却工程と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係るリサイクル炭素繊維の回収方法によれば、低コストでＣＦＲＰからリサイクル炭素繊維を回収することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係るいぶし窯の構成を示す鉛直断面図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係るいぶし窯の構成を示す水平断面図である。

【図3】図３は、本発明の実施形態に係るアルミ箱の斜視図である。

【図4】図４は、本発明の実施形態に係るアルミ缶の斜視図である。

【図5】図５は、本発明の実施形態に係るｒＣＦの回収方法を示すフローチャートである。

【図6】図６は、本発明の実施形態に係る熱分析装置による比較試験の結果を示す図である。

【図7】図７は、本発明の実施形態に係るＣＦＲＰの電子顕微鏡写真である。

【図8】図８は、本発明の実施形態に係る回収されたｒＣＦの電子顕微鏡写真である。

【図9】図９は、本発明の実施形態に係る回収されたｒＣＦの電子顕微鏡写真である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態では、加熱炉として、いぶし瓦の製造に用いられるいぶし窯を活用して、使用済みの炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を加熱し、樹脂成分を除去してリサイクル炭素繊維（ｒＣＦ）を回収する方法について説明する。

【0011】

まず、いぶし窯１０の構成について説明する。図１及び図２に示すように、いぶし窯１０は、釜本体１１と、テーブル２１と、燃焼バーナー２２と、熱電対温度計２５と、窒素置換装置３０と、アルミ製密閉容器５０とを備えている。テーブル２１は、アルミ製密閉容器５０を所定の高さに載置するために釜本体１１の炉内に設置される。

【0012】

燃焼バーナー２２は、釜本体１１の炉内を加熱するために釜本体１１の床付近の四隅近傍にそれぞれ設置されており、燃焼ガスボンベ２３と接続されている。熱電対温度計２５は、炉内の温度を測定するために、釜本体１１の天井から吊り下げられて設置されており、炉内の天井付近の温度を計測することができる。

【0013】

窒素置換装置３０は、炉内の雰囲気を不活性ガスである窒素ガスで置換するための装置であり、図示しない窒素ボンベ３５に接続された配管３１と、釜本体１１の天井に設置され、炉内に窒素ガスを噴射するための天井ノズル３３とを備えている。天井ノズル３３は、配管３１の先端に接続されて、天井の12箇所に設置されており、炉内において、天井ノズル３３から床面に向けて窒素ガスが噴射される。

【0014】

ここで、既存のいぶし窯１０には、いぶし瓦を製造するために、ブタンガスを炉内に注入するための注入用配管が設置されており、本実施形態では、配管３１及び天井ノズル３３は、このブタンガス注入用配管を流用している。

【0015】

また、釜本体１１は、屋根に煙突１２が設置されており、床面に設置された床面排気口１３は、背面側の壁の中に設置された背面壁排気流路１４を介して煙突１２につながっている。これらの煙突１２、床面排気口１３及び背面壁排気流路１４も既存のいぶし窯１０に設置されているものを流用している。

【0016】

このような構成において、窒素置換装置３０により天井部分から炉内に窒素ガスが供給されると、炉内の空気は床面排気口１３から背面壁排気流路１４を経由して煙突１２から炉外へと排気され、炉内の空気が不活性ガスである窒素ガスで置換される。

【0017】

アルミ製密閉容器５０は、蓋付きのアルミ製密閉容器であるが、本実施形態では、アルミ製密閉容器５０として、略直方体形状の大型のアルミ箱５０ａ（図３参照）と、略円柱形状の小型のアルミ缶５０ｂ（図４参照）を使用している。アルミ製密閉容器５０の上部には、容器内の気体を排出したり、容器内に気体を入れたりするための換気穴５１が形成されている。

【0018】

ここで、ＣＦＲＰは、母材であるプラスチックとして、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂が用いられることが多く、本実施形態に係るＣＦＲＰでは、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が用いられている。ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、400℃から熱分解を開始し、ビスフェノールＡやフェノール樹脂類似体に分解され、最終的には、熱分解生成物として、水、二酸化炭素、エチレンオキサイドなどの低分子量の化合物、フェノールなどベンゼン環を有する化合物が生成される。

【0019】

マトリクス樹脂成分の熱分解ガスは、酸素よりも比重が大きく、アルミ製密閉容器５０内でＣＦＲＰが熱処理されると、容器内の下方に熱分解ガスが溜まり、酸素ガスは容器内の上方に溜まる。よって、アルミ製密閉容器５０の上部に換気穴５１を形成しておくことで、熱処理時に優先して酸素ガスを容器内から外部へ排出することができる。

【0020】

酸素が存在する状態で400℃以上の高温でＣＦＲＰが加熱されると、炭素繊維も損傷するおそれがあるが、使用済みＣＦＲＰを換気穴５１の開いたアルミ製密閉容器５０に収容して熱処理を行う本実施形態によれば、熱処理時の容器内の残存酸素量が極少量となり、炭素繊維の酸素劣化を防止することができる。

【0021】

具体的には、アルミ箱５０ａは、蓋上面の中央部分に直径7mmの換気穴５１が一つ開けられ、アルミ缶５０ｂは、キャップ上面の中央部分に直径7mmの換気穴５１が一つ開けられている。もちろん、換気穴５１の形状や大きさ、個数等は適宜変更可能であり、設置場所も1つは上部に形成されることが望ましいが、適宜変更可能である。

【0022】

例えば、後述するように、アルミ製密閉容器５０の上面等の上部だけでなく、下面等の下部にもさらに換気穴５１を設けることで、容器内に必要最低限の少量の酸素が供給され熱分解を促進することができ、回収時間を短縮することができる。

【0023】

続いて、図５を参照しながら、上述した構成のいぶし窯１０を活用したリサイクル炭素繊維（ｒＣＦ）の回収方法について説明する。本実施形態においては、まず、Ｓ１において、アルミ製密閉容器５０内にｒＣＦを回収する対象である使用済みＣＦＲＰを収容し、いぶし窯１０の所定の位置にアルミ製密閉容器５０を設置する。

【0024】

設置後、いぶし窯１０の扉を閉め、Ｓ２では、燃焼バーナー２２を点火し、いぶし窯１０の炉内を加熱して昇温する（第一加熱工程）。具体的には、例えば、2時間15分かけて、600℃まで昇温する。

【0025】

Ｓ２の昇温工程においては、炉内の昇温に伴ってアルミ製密閉容器５０の内部も昇温し、上述したように、アルミ製密閉容器５０内において、使用済みＣＦＲＰの樹脂成分の熱分解ガスが発生し始め、容器内の酸素や熱分解ガスが換気穴５１から容器外の炉内へと排気される。炉内へと排出された熱分解ガス等は、床面排気口１３から背面壁排気通路１４を通って、煙突１２へと到達し、煙突１２からいぶし窯１０の外へと排気される。

【0026】

続いて、Ｓ３では、燃焼バーナー２２の制御により、炉内の温度を600℃のまま所定の時間（例えば、3時間程度）維持し（第二加熱工程）、その後、燃焼バーナー２２を消化して（Ｓ４）、燃焼によるいぶし窯１０の加熱を停止する。

【0027】

Ｓ５では、窒素置換装置３０により、炉内の気体を窒素ガスで置換しながら冷却する（第一冷却工程）。Ｓ５の窒素置換工程（不活性ガス置換工程）は、所定の時間（例えば、30分間）行われ、Ｓ５の開始時に600℃であった炉内の温度は、自然冷却に加えて窒素ガスによりいぶし窯１０が冷却されるため、Ｓ５の終了時には、例えば、400℃程度まで降温する。

【0028】

冷却工程では、換気穴５１からアルミ製密閉容器５０内に炉内の空気が進入するが、上述したように、炭素繊維は、400℃以上の雰囲気下で酸素が存在すると、酸素劣化が生ずるおそれがある。よって、第一冷却工程の開始後、炉内の温度が400℃に低下するまでは、Ｓ５のように、炉内を窒素置換しながら冷却するのが望ましい。

【0029】

続いて、Ｓ６では、窒素置換装置３０による窒素置換を停止し、所定の時間（例えば、15時間）、自然冷却を行う（第二冷却工程）。第二冷却工程後は、炉内の温度が下がり、アルミ製密閉容器５０内のｒＣＦを取り出すことが可能となり、リサイクル炭素繊維（ｒＣＦ）の回収処理が完了する。

【0030】

このように、本実施形態では、既存のいぶし窯１０に設置されている配管や煙突等の設備をできる限り流用し、窒素ボンベ３５と接続するための配管やアルミ製密閉容器等の最低限の設備を追加するだけでＣＦＲＰのリサイクル設備として活用することができる。すなわち、従来の酸化防止のための高価な設備を新設したりする必要がなく、低コストでリサイクル炭素繊維の回収を実現することができる。

【0031】

次に、本実施形態に係る回収方法により回収したｒＣＦの評価試験１～５の結果について説明する。まず、評価試験１～５に先立って、熱分析装置を用いた不活性ガス（窒素ガス）下でのＣＦＲＰの熱分解に関する比較試験の結果について、図６を参照しながら説明する。この比較試験は、酸素の存在しない、すなわちｒＣＦの酸素劣化のない理想的な環境でのｒＣＦの回収処理についての試験である。

【0032】

図６において、横軸が時間［分］、縦軸が、質量比［％］及び熱分析装置の温度［℃］を示しており、質量比は、試験開始時点（0分）のＣＦＲＰ試験片の質量である開始時質量を基準として、試験片の質量が開始時質量から時間の経過と共に何％増減したかを示している。

【0033】

同図に示すように、温度が300℃付近まで上昇すると、試験片の質量が減少し始めており、ＣＦＲＰの樹脂成分が300℃付近で熱分解を始めたものと考えられる。また、試験片の質量は、その後、温度が450℃付近まで変化する間に急激に減少しており、さらに熱分解は急速に進んでいる。

【0034】

また、温度が450～600℃の間は、少しずつ試験片の質量が減少、すなわち、樹脂成分の熱分解が少しずつ進んでいる。600℃付近で温度が維持されると、試験片の質量もやがて一定になっており、このとき、ＣＦＲＰの樹脂成分がほぼ全て除去され、ｒＣＦのみが残っている状態であると考えられる。なお、温度が600℃を大きく超えると、酸素のない雰囲気下でも炭素繊維の劣化が始まると考えられる。

【0035】

次に、ｒＣＦの評価試験１～５の結果について説明する。なお、評価試験においては、加熱炉として、一部の評価試験でいぶし窯１０の代わりにマッフル炉を使用している。マッフル炉を使用する場合には、窒素置換装置３０がないため、回収処理工程において、上述した窒素置換工程（Ｓ５）は実施されない。

【0036】

また、下記評価試験１～５では、上記回収方法の条件を適宜変更して試験を行っており、例えば、加熱工程や降温工程における温度や時間等の熱処理条件について適宜変更している。

【0037】

また、評価試験における最大引張強度は、日本工業規格（JIS）R7606の規格に基づき測定を行った。また、樹脂除去率は、使用済みＣＦＲＰの樹脂成分の除去率であり、本実施形態では、使用済みＣＦＲＰの樹脂成分と炭素繊維の質量混合比（35：65）に基づき、回収したｒＣＦの質量が使用済みＣＦＲＰの質量の65質量％となった場合に、除去率が100％となるように評価した。

【0038】

評価試験１は、本実施形態に係るｒＣＦの回収方法により回収したｒＣＦ（実施例１～３）の最大引張強度及び樹脂除去率を、新品のＣＦであるバージン材（比較例１）及び既存のＣＦＲＰのリサイクル研究による試験結果（比較例２）と対比する試験である。

【0039】

既存のＣＦＲＰリサイクルの先行研究（比較例２）は、「炭素繊維強化複合材料のリサイクル＼ＣＦＲＰ廃棄物の再資源化」（守富寛，Seikei-Kakou Vol.30 No.2 2018）に開示された研究結果を参照した。

【0040】

評価試験１では、アルミ製密閉容器５０として、上面のみに直径7mmの換気穴５１が開けられた小型のアルミ缶５０ｂを用いた。また、厚み1mmの使用済みＣＦＲＰのサンプルを0.5mgずつ各アルミ缶５０ｂに入れて、いぶし窯１０内の左奥、左手前、中央、右奥、右手前の5箇所に設置した。

【0041】

熱処理条件は、600℃まで2時間15分かけて昇温し（Ｓ２）、その後、600℃を3時間維持し（Ｓ３）、さらに、窒素置換処理を30分行った（Ｓ５）後に、自然冷却を行った（Ｓ６）。昇温温度を600℃に設定したのは、上記比較試験等の結果を参照しながら、500℃を下回る温度では樹脂成分の熱分解に時間がかかり、600℃を大きく超えると、炭素繊維の劣化が大きく進むと考えられるからである。

【0042】

【表1】

【0043】

表１は、評価試験１の結果を示す表であり、実施例１～３では、各場所（左奥、左手前、中央、右奥、右手前）で5回ずつ試験を行い、表１では、その最大値を示している。本実施形態に係るｒＣＦ（実施例１～３）の強度は、バージン材（比較例１）や先行研究（比較例２）と比較して、6～7割程度の強度を有している。

【0044】

上述したように、本実施形態に係るリサイクル炭素繊維の回収方法は、低コストで実現することができ、本実施形態によれば、ある程度の性能のリサイクル炭素繊維を低コストで回収することが可能となる。

【0045】

評価試験２は、本実施形態に係る窒素置換工程（Ｓ５）の効果を検証するための試験であり、ｒＣＦの最大引張強度及び樹脂除去率を窒素置換工程の有無により比較した。

【0046】

評価試験２において、窒素置換工程を行う実施例（実施例４～６）では、加熱炉としていぶし窯１０を用いたが、窒素置換工程を行わない比較例（比較例３）では、いぶし窯１０ではなくマッフル炉を用いて試験を行った。

【0047】

評価試験２では、上面のみに直径7mmの換気穴５１が開けられた小型のアルミ缶５０ｂを用い、サンプルについては、実施例４～６は、厚み1mmの使用済みＣＦＲＰのサンプルを0.5mgずつ用い、比較例３では、厚み0.1mmのサンプル0.5mgを用いた。

【0048】

熱処理条件（実施例４～６）は、上記評価試験１と同様であるが、比較例３については、Ｓ５の窒素置換工程がなく、消火（Ｓ４）後、自然冷却（Ｓ６）を行った。

【0049】

【表2】

【0050】

表２は、評価試験２の結果を示す表である。いぶし窯１０において窒素置換工程を行う実施例４～６は、各場所（左奥、左手前、中央、右奥、右手前）でそれぞれ5回ずつ試験を行った結果の中央値のさ平均値を示しており、比較例３は、5回試験を行った結果の平均値を示している。表２によれば、窒素置換工程を行うことで、窒素置換工程を行わない場合よりも最大引張強度が大きく向上していることが分かる。

【0051】

評価試験３は、本実施形態に係るアルミ製密閉容器５０の効果を検証するための試験であり、ｒＣＦの最大引張強度及び樹脂除去率をアルミ製密閉容器５０の使用の有無により比較した。

【0052】

評価試験３の実施例７及び比較例４，５は、全て加熱炉としてマッフル炉を用いており、窒素置換工程（Ｓ５）は行っていない。実施例７は、アルミ製密閉容器５０として上面のみに直径7mmの換気穴５１が開けられた小型のアルミ缶５０ｂを用い、比較例４，５では、アルミ製密閉容器５０を用いずに使用済みＣＦＲＰのサンプルをマッフル炉内にそのまま置いて試験を行った。サンプル量は、実施例７及び比較例４が5g、比較例５が10gである。

【0053】

熱処理条件は、実施例７及び比較例５では、600℃まで2時間15分かけて昇温し（Ｓ２）、その後、実施例７では、600℃を5時間20分維持した（Ｓ３）後に、自然冷却を行った（Ｓ６）。比較例５では、600℃の高温維持工程（Ｓ３）を5時間20分行うと、炭素繊維が全て消失してしまったので、高温維持工程（Ｓ３）を20分として、自然冷却を行った（Ｓ６）。また、比較例４は、昇温工程（Ｓ２）において、500℃まで2時間15分かけて昇温し、500℃を5時間20分維持した（Ｓ３）後に、自然冷却を行った（Ｓ６）。

【0054】

【表3】

【0055】

表３は、評価試験３の結果を示す表であり、アルミ製密閉容器５０を使用した実施例７に係るｒＣＦの最大引張強度が比較例４，５と比べて大きく向上しており、アルミ製密閉容器５０を用いることで、使用済みＣＦＲＰの存在する雰囲気の残存酸素を少なくし、炭素繊維の劣化を大きく抑えることができることが分かる。

【0056】

なお、表３において、樹脂除去率が100％を越えているのは、窒素置換工程がないため、ｒＣＦが若干酸素劣化している可能性や、サンプルの樹脂成分と炭素繊維との混合比が、上述したカタログ値（35:65）からずれている可能性が考えられる。以下の評価試験でも、樹脂除去率が100％を越えるのは同様の理由のためである。

【0057】

評価試験４は、本実施形態に係るアルミ製密閉容器５０の換気穴５１の設置態様による効果を検証するための試験であり、ｒＣＦの最大引張強度及び樹脂除去率を、換気穴５１をアルミ製密閉容器５０の上面にのみ設けた場合と、上面及び下面の双方に形成した場合とで比較した。

【0058】

評価試験４の実施例８，９は、双方とも加熱炉としてマッフル炉を用いており、窒素置換工程（Ｓ５）は行っていない。アルミ製密閉容器５０として、実施例８は、上面及び下面の双方に直径7mmの換気穴５１がそれぞれ1つずつ開けられた小型アルミ缶５０ｂを用い、実施例９は、上面のみに直径7mmの換気穴５１が1つ開けられた小型のアルミ缶５０ｂを用いた。

【0059】

実施例８，９のサンプルは、厚み1mm程度の使用済みＣＦＲＰである。サンプル量は双方とも25mgであり、比較的大量の使用済みＣＦＲＰをアルミ缶５０ｂ内に入れて試験を行った。

【0060】

熱処理条件は、実施例８では、600℃まで2時間15分かけて昇温し（Ｓ２）、その後、600℃を7時間維持した（Ｓ３）後に、自然冷却を行った（Ｓ６）。実施例９では、600℃まで2時間15分かけて昇温し（Ｓ２）、その後、600℃を16時間維持した（Ｓ３）後に、自然冷却を行った（Ｓ６）。

【0061】

【表4】

【0062】

表４は、評価試験４の結果を示す表であり、実施例８，９の双方共に最大引張強度及び樹脂除去率に関して、ある程度の性能を有するｒＣＦを回収できているが、実施例８の方が回収時間は大幅に短くて済み、時間効率が高い。

【0063】

これは、アルミ製密閉容器５０の上下（上部及び下部）に換気穴５１を開けることで、容器内に酸素が入り易くなり、熱分解だけでなく、燃焼反応によっても樹脂成分が多く除去されることに起因すると考えられる。

【0064】

評価試験４によれば、アルミ製密閉容器５０に換気穴５１を複数設けることで、ｒＣＦの回収時間の短縮を実現できることが分かる。但し、容器内に酸素が多く進入すると、炭素繊維の酸素劣化が生じるようになるため留意が必要である。

【0065】

評価試験５は、本実施形態に係るアルミ製密閉容器５０の換気穴５１の設置態様による効果を検証するための試験であり、ｒＣＦの最大引張強度及び樹脂除去率を測定した。

【0066】

評価試験５の実施例１０，１１は、双方とも加熱炉としていぶし窯１０を用いており、アルミ製密閉容器５０として、実施例１０は、上面及び下面の双方に直径10mmの換気穴５１がそれぞれ開けられた大型アルミ箱５０ａを用い、実施例１１は、上面及び下面の双方に直径10mmの換気穴５１がそれぞれ開けられた小型アルミ缶５０ｂを用いた。

【0067】

実施例１０，１１のサンプルは、厚み1mm程度の使用済みＣＦＲＰである。サンプル量は、実施例１０が10.755g、実施例１１が10.064gである。熱処理条件は、実施例１０，１１共に、600℃まで2時間15分かけて昇温し（Ｓ２）、その後、600℃を2時間10分維持した（Ｓ３）後に、1時間の窒素置換工程（Ｓ５）を行い、自然冷却を行った（Ｓ６）。

【0068】

【表5】

【0069】

表５は、評価試験５の結果を示す表であり、実施例１０，１１共に、ある程度の性能を有するｒＣＦを回収できている。このように、評価試験５によれば、上述した評価試験４と同様に、アルミ製密閉容器５０に換気穴５１を複数設けることで、使用済みＣＦＲＰのサンプル量が多くても高温維持工程（Ｓ３）が比較的短時間で済んでおり、ｒＣＦ回収の時間効率を大きく向上させることができる。

【0070】

次に、本実施形態に係るｒＣＦの電子顕微鏡写真について説明する。図７は、回収処理前の使用済みＣＦＲＰの電子顕微鏡写真であり、図８及び図９は、本実施形態に係る回収方法により回収されたｒＣＦの顕微鏡写真である。電子顕微鏡は、日本電子の卓上走査電子顕微鏡（JCM-5000）を使用した。

【0071】

図８は、上部のみに直径7mmの換気穴５１が開けられたアルミ箱５０ａに1mm厚のサンプルを0.5g収容すると共にいぶし窯１０を用い、第一加熱工程（Ｓ２）において600℃まで2時間15分かけて昇温し、第二加熱工程（Ｓ３）において3時間600℃を維持し、第一冷却工程（Ｓ５）において窒素置換を30分行ってから自然冷却（Ｓ６）を行って回収されたｒＣＦの電子顕微鏡写真である。

【0072】

図９は、上述した評価試験５の実施例１０において回収されたｒＣＦの電子顕微鏡写真である。図７においては、炭素繊維を連結するためのマトリクス樹脂が見えるが、図８及び図９のｒＣＦにおいては、マトリクス樹脂がほとんど除去され、炭素繊維のみが残っており、使用済みＣＦＲＰから良好にｒＣＦが回収されたことが分かる。

【0073】

以上、本実施形態によれば、換気穴５１の開けられたアルミ製密閉容器５０の中にＣＦＲＰを収容した状態で加熱炉内に入れて熱処理を行うことで、樹脂成分の熱分解ガスにより容器内の酸素ガスを容器外に排出し、熱処理時のｒＣＦの酸素劣化を防止することができる。

【0074】

また、冷却工程時にアルミ製密閉容器５０内に窒素を封入することで、冷却時にアルミ製密閉容器５０内に酸素が流入するのを防止し、ｒＣＦの酸素劣化を防止することができる。

【0075】

さらに、本実施形態では、窒素置換工程は冷却時にのみ行われ、加熱時には窒素置換工程を行う必要がないので、窒素ガスの使用量を削減し、ｒＣＦの回収コストを大きく抑えることができる。

【0076】

また、本実施形態では、いぶし瓦の製造に用いられる既存のいぶし窯を活用して使用済みＣＦＲＰからｒＣＦを回収することができ、新規で大規模なリサイクル設備を設置する必要がないため、低コストでｒＣＦの回収を実現することができる。

【0077】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、本実施形態に係る加熱炉の構造は、適宜変更可能である。

【0078】

また、上記実施形態では、金属製密閉容器として、アルミ製の密閉容器を使用したが、耐熱温度の問題が無ければ、ステンレス製の容器等、アルミ以外の他の金属製の容器を採用しても良い。

【0079】

また、上記実施形態では、加熱工程において、昇温温度を600℃としたが、適宜変更可能である。但し、昇温温度が500℃より小さくなると、樹脂成分の熱分解に時間がかかり、600℃を大きく超えると、炭素繊維の劣化が大きく進んだり、金属製密閉容器が変形したりするため、昇温温度は500～620℃とするのが望ましい。

【0080】

また、上記実施形態では、不活性ガス置換工程において、不活性ガスとして窒素を利用したが、アルゴンやヘリウム等の他の不活性ガスを使用しても良い。

【符号の説明】

【0081】

１０ いぶし窯
１１ 釜本体
１２ 煙突
１３ 床面排気口
１４ 背面壁排気流路
２１ テーブル
２２ 燃焼バーナー
２３ 燃焼ガスボンベ
２５ 熱電対温度計
３０ 窒素置換装置
３１ 配管
３３ 天井ノズル
３５ 窒素ボンベ
５０ アルミ製密閉容器
５０ａ アルミ箱
５０ｂ アルミ缶
５１ 換気穴

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】