JP6326127B2 - 炭素繊維含有樹脂から炭素繊維を回収するための熱分解システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、炭素繊維含有樹脂から、特に炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ）から、好ましくは炭素繊維含有もしくは炭素繊維強化合成物（複合材料）から炭素繊維を回収（リサイクル）するための技術分野に関する。

特に、本発明は、炭素繊維含有樹脂から、特に炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ）から、好ましくは炭素繊維含有及び／若しくは炭素繊維強化合成物（複合材料）から炭素繊維を回収（リサイクル）するための熱分解プラントに関し、且つ、炭素繊維含有樹脂から炭素繊維を回収（リサイクル）するためのその使用に関する。

さらに、本発明は、炭素繊維含有樹脂から、特に炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ）から、好ましくは炭素繊維含有及び／若しくは炭素繊維強化合成物（複合材料）から炭素繊維を回収（リサイクル）するための方法に関し、この方法及びそれらの使用によって取得可能な再生使用される炭素繊維に関する。

さらにまた、本発明は、本発明の方法によって取得することができるリサイクル炭素繊維を具備し、又は本発明の方法によって取得することのできるリサイクル炭素繊維を使用して製造された樹脂、建築材料もしくはセメント含有システムに関する。

さらに、本発明は、成形体（たとえば、構成要素）、金型及びシート状材料（たとえば不織布）、特に本発明の方法によって取得されるリサイクル炭素繊維を具備し、また本発明の方法によって取得されるリサイクル炭素繊維を使用して製造された複合材料もしくは合成物の形の成形体（たとえば、構成要素）、金型及びシート状材料（たとえば不織布）に関する。

一般的に、いろいろな炭素繊維が、プラスチックのようなマトリクスにおける補強物として好ましくは複数の層に埋め込まれる（ＣＦＰｓとして同義語的に知られてもいる）炭素繊維樹脂は、繊維樹脂合成物として参照される。ポリマーマトリクスとして、エポキシ樹脂、アクリレート及びポリウレタンのような熱硬化性物質と、アクリロニトリルブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリメチルメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタル酸エステル（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）及びポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）のような熱可塑性物質の両方を使用することができる。しかしながら、ブレーキディスクのような熱的に非常に安定した化合物を得るために、（セラミック繊維合成物として同義語的に参照される）セラミックからなるマトリクスに炭素繊維を埋め込むこともできるものである。

炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ）は、低重量であるとともに高い強度と剛性を有し、高い重量比強度及び剛性が要求される分野において使用されることが好ましい。たとえば、ＣＦＰｓは、航空宇宙産業、風力産業、車両建造技術において、又は、自転車フレーム、スピードスケート、テニスラケット、スポーツ用矢及び釣り竿のようなスポーツ用品に使用される。建築及び建設において、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ）は、構造物を強化するために、構成要素の表面に薄層の形で接着接合されるものである。

炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ）から製造される材料もしくは構成要素の強度及び剛性は、一般的に、他の繊維マトリクス合成物の場合において、繊維方向の横方向よりも繊維方向において十分に高いものである。このように、たとえば、炭素繊維に対する横方向の強度が、使用されるマトリクス材料の強度よりもより低いものである。空間における全方向においてＣＦＰｓからなる材料若しくは構成要素の均一な強度及び剛性を確保するために、それぞれの繊維層は、いろいろな方向に配置される。たとえば、高性能建築構成要素の場合において、所定の強度及び剛性を達成するために、従来の積層理論のようなコンピュータ演算によって決定されるものである。

ＣＦＰｓの製造において使用される（天然繊維として同義語的に参照される）原炭素繊維が、炭素含有開始材料、特にポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）から、空気中での安定化反応、それに続く不活性雰囲気内での熱分解及びそれに続く黒鉛化によって、主に工業的に製造される。原炭素繊維の強度及び剛性は、予張力並びに炭化及び黒鉛化における温度によって、製造工程の間、目標設定法において制御されるので、いろいろな繊維の種類が、商業的に取得可能である。それらの安価な製造によって、ＨＴ繊維（高張度繊維）及びＩＭ繊維（中間弾性率繊維）は、原炭素繊維として主に使用される。黒鉛化の後に、原炭素繊維の接着を改善するために、原炭素繊維の表面の酸化が、電気化学処理によって実行される。一般的に、原炭素繊維は、その後エポキシ樹脂のような大きさを有し、ロービングを形成するために集められるものである。これらのロービングは、最終段階において従来の織物スピンドルに巻き上げられる。

使用される原炭素繊維の長さによって、いろいろな方法が、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ）を製造するために使用される。長い原炭素繊維を有するＣＦＰ部は、一般的に（樹脂トランスファ成形としても参照される）樹脂噴射法によって製造される。樹脂噴射法の最初の段階において、空間において全方向における一定の強度及び剛性を確保するために織られた原炭素繊維の１層若しくは複数層からなるプレフォームが製造される。これらのプレフォームは、第２段階において、樹脂及び硬化剤からなる液化性マトリクスを有する閉鎖鋳造型において混合される。マトリクスの硬化及び過剰なエッジ材料の除去の後、対応するＣＦＰ構成要素が取得される。

短い原炭素繊維を有する炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ）、特に刻んだ原炭素繊維の製造は、一般的に噴射成形によって実行される。この目的に関して、刻んだ原炭素繊維は、樹脂からなる液化性マトリクスとバッチ式に混合され、ＣＦＰ構成要素を得るために、噴射成形によって押し出しされて加工される。

しかしながら、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ）は、アルミニウム、マグネシウム及びチタンのような軽金属からなる同様の構成要素の使用と比較して、最終製品の著しく高いコストを生じるものである。特に、これは、炭素含有開始材料、特にポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）から原炭素繊維を複雑なコストの高い製造を生じる。さらに、ＣＦＰ構成要素を製造するための原炭素繊維の世界的消費は非常に大きくなっているので、炭素繊維強化樹脂の使用においてコストの十分な減少は、原炭素繊維に関する高い世界的需要により、期待されていない。

原炭素繊維の高い需要にもかかわらず、プラスチックが硬化されるか、貯蔵期間を超えた（プリプレグ又は予備含浸繊維として参照される）加工されていないが樹脂に予備含浸された多量の原炭素繊維は、ＣＦＰ含有スクラップのようなものから形成される。

さらに、処理されるべき大量のＣＦＰ含有樹脂スクラップは、航空機部品及び風力タービンのための部品の製造において、処分されるべきモデル型、製造スクラップ、プロトタイプ、誤ったバッチ及び「使用済み」構成要素の結果として得られるものである。

しかしながら、埋め立て地のＣＦＰ含有樹脂スクラップの処置は、そこに存在する有益な炭素繊維により、不経済である。さらに、ＣＦＰ含有樹脂スクラップは、その化学的不活性により長期間にわたって、埋め立て地で、変化しないままであり、且つ分解されることがない。さらに、ＣＦＰ含有スクラップの無制限な処置は、多くのヨーロッパの国々において法的な要求により、容易に可能ではなく、また不可能ですらある。

それゆえに、ＣＦＰ構成要素の製造についての炭素繊維に関する世界的需要を考慮すれば、安価で効果的な熱分解プラント及びＣＦＰ含有スクラップから炭素繊維を回収するかリサイクルする方法には大きな需要がある。

従来技術において、炭素繊維は、熱分解によってＣＦＰ含有材料（ＣＦＰ材料）から回収されるか、リサイクルされる。本発明の目的について、熱分解は、たとえば、３００〜１０００℃の高温によって、大きい有機分子が小さな有機分子に分割される有機化合物の熱解離である。一般的に、熱分解の間、酸素は導入されない。このように、不活性雰囲気若しくはポリマーマトリクスの除去の間の減圧の使用を確保するために、密封された複雑な熱分解プラント及び複雑な工程を使用することが必要とされた。しかしながら、熱分解工程は、時々、酸素含有雰囲気において、特に管理された状況下において作業されるものである。

そのような熱分解プラントは、特許文献１（ＥＰ０６３６４２８Ａ１）に記載されている。そこでは、ＣＦＰ含有材料が、保護ガス雰囲気において、熱分解される保護ガス炉が、熱分解を実行するために使用される。しかしながら、熱分解は、リサイクルが不経済であり、工業規模で不適当であるという結果として、長期間にわたって実行される。さらに、熱分解段階を有するリサイクル材料の複雑な後処理が、炭素含有成形体を得るために提供される。

また、ＣＦＰ材料の循環は、ベルト炉を使用した従来の熱分解プラント及びＣＦＰ材料から炭素繊維を回収するためにそこで実行される方法においては不可能である。それゆえに、ＣＦＰ材料の混合及びそれに応じたコンベアベルト上に存在するＣＦＰ材料のすべての領域での均一な加熱ができない。その結果は、著しい熱分解であり、リサイクルされた炭素繊維の表面の樹脂残留物であり、それはポリマーマトリクスへの結合における副作用を有するものである。

そのような熱分解プラントは、たとえば特許文献２（ＤＥ１０２００８００２８４６Ｂ４）及びそのパテントファミリー均等物である特許文献３（ＥＰ２２８２８７９Ａ１）に記載されている。ポリマーマトリクスの熱分解は、ベルト炉を有する熱分解プラントにおいて実行されるとともに、ＣＦＰ含有材料が、最初に前段分類処理され、その後に小さいサイズに細砕されるものである。さらに、リサイクル炭素繊維のからまりを防止するために、リサイクル炭素繊維の後処理を実行することが必要である。

さらに、特許文献４（ＷＯ２０１０／０７５９５２Ａ１）は、ベルト炉若しくは回転管状炉の形の加工室を具備する熱分解プラントを記載する。前記加工室は、空気吸入孔及び電気抵抗加熱要素の形の加熱源と、マイクロ波照射源の両方を有し、それが、複雑な装置は、結果としてリサイクルを実行するために必要である。

最後に、特許文献５（ＥＰ２１５２４８７Ｂ１）は、ベルト炉を有する熱分解プラントを記載するとともに、ベルト炉上の酸素の割合は、制御装置による目標設定法において制御されるので、本質的に、ポリマーマトリクスの熱分解と、不燃焼若しくはガス化が生じる。

さらに、上述された熱分解プラント及び方法は、リサイクル炭素繊維の表面に大量の熱分解残留物を生じるだけでなく、それらの複雑性から、ＣＦＰ含有スクラップから炭素繊維を回収（リサイクル）するには、高いコストを生じる。さらにまた、ＣＦＰ含有スクラップの表面は、非最適混合により、上述した熱分解プラント及び方法において均一に処理されない。前記リサイクル炭素繊維は、また品質変動を頻繁に示すものである。

また、ＣＦＰ含有スクラップは、複雑な方法において、特に機械的及び／若しくは化学的方法によって、回収（リサイクル）前に、前処理される必要がある。

ＥＰ ０ ６３６ ４２８ Ａ１ ＤＥ １０ ２００８ ００２ ８４６ Ｂ４ ＥＰ ２ ２８２ ８７９ Ａ１ ＷＯ ２０１０／０７５９５２ Ａ１ ＥＰ ２ １５２ ４８７ Ｂ１

上述した理由について、ＣＦＰ構成要素におけるリサイクル炭素繊維の使用は、従来は、上述した不利益点により、制限された範囲でのみ可能であった。

実験室レベルでは、ＣＦＰ含有スクラップから炭素繊維をリサイクルするための方法は、従来技術においても公知である。しかしながら、これらの方法は、工業規模で炭素繊維をリサイクルするためには、複雑で不適切である。

そのため、本発明の目的は、炭素繊維含有樹脂から、特に炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ若しくはＣＦＰ材料）から、好ましくは炭素繊維含有及び／若しくは炭素繊維強化合成物（複合材料）から、炭素繊維を回収（リサイクル）するための熱分解プラント及びそれに対応する方法を提供することであり、これによって、従来技術と関連する上述した不利益点を少なくとも大きく避けることが可能であり、又は少なくとも減少することができるものである。

特に、本発明の目的は、炭素繊維含有樹脂から炭素繊維を回収（リサイクル）するための熱分解プラント及び対応する方法を提供するとともに、この熱分解プラント及び方法が、ポリマーマトリクスの分解の間、ＣＦＰ含有材料の均等加熱を確保することができるものである。さらに、前記熱分解プラント及び方法は、工業規模で実施可能である炭素繊維の低コストの回収（リサイクル）を可能にする。さらにまた、前記熱分解プラント及び方法の使用は、少なくとも実質的に熱分解若しくは炭化残留物を含まず、樹脂への良好な組み込み性を示すリサイクル炭素繊維を与えるものである。

出願人は、特に出口開口部を有する間接的加熱回転管状炉を有する熱分解プラントが、炭素繊維含有樹脂から炭素繊維を回収（リサイクル）するために使用されるときに、上述した目的が効果的な方法において達成可能であることを驚くべきことに見出した。出口開口部を有する間接的加熱回転管状炉は、形成された熱分解ガスが出口開口部を介して制御された方法において除去され、特に間接的加熱回転管状炉内の酸素含有量が、この除去によって制御されることから、回転管状炉内に、正確に特定された雰囲気を得ることを可能にするものである。さらに、回転管状炉の結果としてＣＦＰ材料の均一な混合は、ポリマーマトリクスの均一な加熱及びこれによる均一な熱分解を確保するものである。ポリマーマトリクスの均一な熱分解によって、少なくとも実質的にマトリクス材料を完全に含まず、実質的にリサイクル炭素繊維の表面上に（以下、同義語的に熱分解コーク残留物として参照される）熱分解残留物を有さず、原炭素繊維及び従来のリサイクル炭素繊維と比較して、より良い樹脂への取り込み性を有するリサイクル炭素繊維が得られるものである。

上述した課題を解決するために、本発明は、炭素繊維含有樹脂から、特に炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ若しくはＣＦＰ材料）から、好ましくは炭素繊維含有及び／若しくは炭素繊維強化合成物（複合材料）から、炭素繊維を回収（リサイクル）するための熱分解プラントを提案する。

さらに、本発明は、炭素繊維含有樹脂から、特に炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ若しくはＣＦＰ材料）から、好ましくは炭素繊維含有及び／若しくは炭素繊維強化合成物（複合材料）から、炭素繊維を回収（リサイクル）するための本発明に係る熱分解プラントの使用を提供する。

また、本発明は、炭素繊維含有樹脂から、特に炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ若しくはＣＦＰ材料）から、好ましくは炭素繊維含有及び／若しくは炭素繊維強化合成物（複合材料）から、炭素繊維を回収（リサイクル）するための方法を提供する。

さらに、本発明は、本発明の方法によって取得可能なリサイクル炭素繊維を提供する。

また、本発明は、さらに、対応する使用請求項において記載され且つ規定されたようなリサイクル炭素繊維の本発明に係る使用を提供する。

また、本発明は、本発明の方法によって取得可能なリサイクル炭素繊維を具備するか、本発明の方法によって取得可能なリサイクル炭素繊維を使用して製造された樹脂、建築材料又はセメント含有システムを提供する。

最後に、本発明は、本発明の方法によって取得可能なリサイクル炭素繊維を具備するか、本発明の方法によって取得可能なリサイクル炭素繊維を使用して製造された複合材料又は化合物の形の成形体（たとえば、構成要素）、型及びシート状材料（たとえば不織布）を提供する。

本発明の一つの様相という面においてのみ記載される特別な図面及び具体例は、また、これが明確に指摘されることなしに、本発明の他の様相に適用されることは言うまでもない。

さらに、その技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の範囲を外れることなしに、特別な応用や個別のケースについて、数字、値又は範囲から外れることが可能である。

このように、本発明の第１の様相に係る本発明は、炭素繊維含有樹脂から、特に炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ若しくはＣＦＰ材料）から、好ましくは炭素繊維含有及び／若しくは炭素繊維強化合成物（複合材料）から、炭素繊維を回収（リサイクル）するための熱分解プラントであって、作業の間連続的に作業するＣＦＰ材料の連続的熱分解のための細長い熱分解炉を有し、前記熱分解炉の一端に、熱分解炉で処理されるＣＦＰ材料を導入するための入口ステーションを有し、前記熱分解炉の他端に、熱分解炉から再生された炭素繊維材料を取り出すための出口ステーションを有し、前記熱分解炉において生成された熱分解ガスのためのガス排出装置を有し、且つ、特に前記熱分解炉におけるガスの少なくとも個別の成分を調整するための、特に前記熱分解炉におけるガスの酸素比率（酸素含有量）を調整するための制御装置を有する熱分解プラントにおいて、前記熱分解炉が、 加工されるべきＣＦＰ材料のための収納空間を形成し、且つ、前記入口ステーション及び前記出口ステーションと接続される細長い回転管であって、その長手方向の少なくとも一部にわたって熱分解の間形成される熱分解ガスを排出するための出口開口部をその円筒状壁に有する回転管、及び外部から断熱され、少なくとも部分的に前記回転管を囲い、前記入口ステーションのための、付加的に出口ステーションのための開口部を有し、且つ、特に熱分解ガスのための吐出ラインを有するハウジングを構成要素として少なくとも有する間接的加熱回転管状炉であることである。

本発明の目的のために、回転管状炉は、特にその熱が加工技術に供給される連続した工程のための炉である。熱の導入が炉内で生じる直接的加熱回転管状炉と比較して、間接的加熱回転管状炉の場合は、熱は回転管壁を介して反応空間の外側から伝達される。一般的に、間接的加熱回転管状炉は、通常供給スクリュー又は供給ベルトの形の入口ステーションと、回転管状炉のコアを形成する回転管と、加工された材料を排出するために回転管状炉の端部にある出口ステーションと、回転管のためのベアリングと、回転管のための一つの駆動装置又は回転管の長手方向に渡って分配された複数の駆動装置と、最後に外側から断熱を行い、回転管を囲い、且つ回転管の内部に要求される熱量を、所定の方法で導入し又は発生させるハウジングとを有するものである。

本発明によって使用される間接的加熱回転管状炉は、細長い回転管であって、この回転管が、加工されるべきＣＦＰ材料のための収納空間を形成し且つ前記入口ステーションと前記出口ステーションに接続され、前記回転管が、その長手方向の少なくとも一部にわたって、熱分解の間に形成される熱分解ガスを排出する
ための出口開口部を、その円筒状壁上に有する回転管と、外側から断熱し且つ回転管を囲い、前記入口ステーションと前記出口ステーションのための開口部を有し、排出ライン、特に熱分解ガスのための排出ラインを有するハウジングを、少なくとも構成要素として有するものである。

本発明によれば、熱分解炉として使用される前記回転管状炉の前記回転管は、この場合、特別な方法で形成される。それは、その長手方向の少なくとも一部にわたってその円筒状壁上に、熱分解の間に形成される熱分解ガスを排出するための出口開口部（たとえば、複数又は多数の出口開口部、特に少なくとも５個の出口開口部、好ましくは少なくとも１０個の出口開口部）を有する。このように、回転管状炉の形の熱分解炉は、熱分解の特性に特に良好に適合されるものである。前記熱分解ガスは、熱分解工程をできるだけ妨害しないようにするために、それが形成された場所から大変素早く逃げるようにするものである。

従来技術における通常のベルト炉において、熱分解炉内のＣＦＰ材料は、上方に向かって開口し、形成される熱分解ガスは、いかなる点でも上方に逃げることができるが、処理されるべきＣＦＰ材料の不十分な循環及び混合が存在する。従来技術の回転管状炉の通常の回転管が使用される場合、形成される熱分解ガスは、上方に逃げることから、熱分解ガスは、ＣＦＰ材料を囲み、さらなる熱分解を阻止する。従来技術の通常の回転管状炉は、ＣＦＰ材料の混合及び循環に関して所定の効果を有するが、これは、熱分解の間に形成される熱分解ガスを排出する能力の欠如に関して著しい不利益によって無効にされる。本発明に係る使用、又は特に少なくとも大量の熱分解ガスが形成される場所であるその長手方向の少なくとも一部の円筒状壁の出口開口部についての本発明に係る規定は、炭素繊維含有樹脂を回収（リサイクル）するための熱分解プラントのために適当な解決を導くものである。

本発明の熱分解プラントの使用は、出口開口部を有する間接的加熱回転管状炉を具備し、最初に熱分解炉においてＣＦＰ材料の均一な混合、循環及び加熱を可能にし、第２に回転管状壁における出口開口部を介して熱分解ガスの十分な排出を同時に可能にするものである。これは、結果として最適な熱分解条件を生じ、これによって、回転管状炉のいずれの場所においても回収されるべき炭素繊維の破壊なしに、ポリマーマトリクスのみを選択的に除去することができるので、少なくとも実質的に、ポリマーマトリクスを完全に除去した後、再生使用炭素繊維の表面に、熱分解残留物を残さないものである。

さらに、本発明の熱分解プラントの間接的加熱回転管状炉の出口開口部は、回転管状炉内の雰囲気、特に酸素含有量の制御を可能にする。回転管状炉の間接的加熱と合わせて、その温度変動が避けられることによって、ポリマーマトリクスの完全な除去は、リサイクル炭素繊維の十分に減少された機械的特性を生じることから、リサイクル炭素繊維が破壊され、特に著しく損傷され、及び／若しくは著しく酸化されることがないことを可能にする。

出口開口部を有する間接的加熱回転管状炉を有する本発明の熱分解プラントの使用によって可能となるＣＦＰ含有材料の均一な加熱及び混合と酸素含有量及び／若しくは温度の目標値制御との結合は、第１に、少なくとも実質的に熱分解若しくはそれらの表面の炭化残留物を有しない一定の高い品質のリサイクル炭素繊維を生じる。第２に、上記結合は、リサイクル炭素繊維の表面にのみ部分的な酸化を生じ、言い換えると、より接着親和性、特に親和性表面を示すより粗い表面を生じ、結果として生じたリサイクル炭素繊維の表面上に、酸素含有基、たとえばヒドロキシ、アルデヒド、カルボキシル基等の上昇を生じるものである。本発明の熱分解プラントと本発明に係る加工条件との結合から結果として生じるリサイクル炭素繊維の表面の部分的酸化は、リサイクル炭素繊維のより粗く且つ官能化された、特により高い親水性表面によって、上昇した湿潤性、並びにこれによる原炭素繊維若しくは従来のリサイクル炭素繊維と比較して樹脂への改善された取り込み性を生じるものである。

結果として、リサイクル炭素繊維は、酸素含有量及び／若しくは温度の目標値制御と結合して、回転管状壁に出口開口部を有する間接的加熱回転管状炉を具備する本発明に係る熱分解プラントの使用によって、少なくとも実質的に、少しも熱分解残留物を有しないが、リサイクル炭素繊維の機械的且つ電気的特性がないか、リサイクルによって著しく損なわれない。さらに、リサイクル炭素繊維は、リサイクル炭素繊維の表面の部分的酸化により、改善された湿潤性を有し、この結果として樹脂への改善された取り込み性を有する。

本発明のさらなる利点、特性、様相及び特徴は、図面に示された好ましい実例となる具体例の下記する記載に由来するものである。上述された特徴且つ／又は請求項及び／若しくは図面についての下記する記載された特徴は、必要により、たとえこれが特別に詳細に記載されていないとしても、お互いに関係づけられるものである。

図１は、本発明の熱分解プラントの好ましい具体例について、切断なしに、回転管の長手方向の断面を模式的に示したものである。 図２は、図１の熱分解プラントの右手端部の領域、言い換えると入口ステーションの領域の拡大図の断面の描写を示したものである。 図３は、図１の熱分解プラントを通し、熱分解炉の開始領域の断面図の描写を模式的に示したものである。 図３Ａは、本発明の好ましい具体例について、混合及び輸送要素の描写を模式的に示したものである。 図３Ｂは、図３Ａで図示された混合及び搬送要素の拡大断面図を示したものである。 本発明の熱分解プラントの好ましい具体例について、入口ステーションの拡大断面図を示したものである。 本発明の方法の好ましい具体例について、炭素繊維含有樹脂から炭素繊維を回収（リサイクル）するための本発明の方法のフローダイアグラムを示したものである。 図６Ａは、円滑な表面を有する従来技術の原炭素繊維の描写を模式的に示したものである。 図６Ｂは、従来の方法によって取得され、熱分解若しくは炭化残留物及び溝を有する従来技術のリサイクル炭素繊維の描写を模式的に示したものである。 図６Ｃは、本発明によって取得され、溝を有するリサイクル炭素繊維の描写を模式的に示したものである。

図１乃至図３に示される熱分解プラントは、図示された実例となる具体例において、炭素繊維で強化される樹脂から炭素繊維を回収するために使用される。この回収技術に対する総合的な背景技術について、最初に述べられた従来技術に記載された内容が参照されるべきである。

図１乃至図３は、炭素繊維含有樹脂から、特に炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ若しくはＣＦＰ材料）から、好ましくは炭素繊維含有及び／若しくは炭素繊維強化合成物（複合材料）から炭素繊維を回収（リサイクル）し、作業間連続して作業するＣＦＰ材料２の連続した熱分解のための細長い分解炉１を有し、その一端で熱分解炉１に加工されるべきＣＦＰ材料２を導入するための入口ステーション３を有し、その他端に、前記熱分解炉から回収された炭素繊維材料７を排出するための出口ステーション６を有し、熱分解炉１において製造される熱分解ガス９のためのガス排出装置８であって、特に燃焼後に、オフガス処理装置に熱分解ガス９を運ぶガス排出装置８を有し、且つ、特に熱分解炉１におけるガスの少なくとも個別の構成要素を制御するための、特に熱分解炉１におけるガスに酸素比率（酸素含有物）を制御するための制御装置１０を有する本発明に係る熱分解プラントを示すものである。熱分解炉１は、処理されるべきＣＦＰ材料２のための収納空間を形成し、前記入口ステーション３及び前記出口ステーション６と接続される細長い回転管１１であって、該回転管１１が、その円筒壁上に、熱分解の間に形成される熱分解ガス９を排出するための出口開口部１２をその長手方向の少なくとも一部に有する回転管１１と、外部から断熱され、少なくとも部分的に回転管１１を囲み、入口ステーション３のための且つ付加的に出口ステーション６のための開口部を有し、且つ、特に熱分解ガス９のための排出ライン１４を有するハウジング１３とを、少なくとも構成要素として有する間接的加熱回転管状炉である。

図１の長手方向断面において模式的に示される熱分解プラントは、そのコアとして、ＣＦＰ材料２の連続した熱分解のための細長い、連続的に作業される熱分解炉１を有する。図１の右手側には、処理されるべきＣＦＰ材料２を導入するための入口ステーション３を見ることができる。図１において、このＣＦＰ材料２は、その一端で、その後に熱分解炉１にＣＦＰ材料２を運ぶ連続したコンベアベルト５上にシュート４によって注がれる。

図１の左手側には、前記熱分解炉１から、回収された炭素繊維材料若しくはリサイクル炭素繊維を排出するための出口ステーション６が存在する。そこでは、出口ステーション６は、単に移動可能な収集槽として図示される。前記熱分解プラントは、熱分解炉１において生成された熱分解ガス９のためのガス排出装置８を有する。図１において、流れる熱分解ガス９は、曲線矢印によって示される。

最後に、前記熱分解プラントは、熱分解プラント１のガス雰囲気を調整するための、特に熱分解プラント１のガスの個々の構成要素を調整するための、好ましくは酸素比率若しくは酸素含有量を調整するための制御装置１０を有するものである。

本発明の方法に関して、ＣＦＰ材料のポリマーマトリクスの熱分解の間、ポリマーマトリクスの完全な分解について要求される量に関連した準化学量論的な値に設定されるように熱分解炉１においてガスにおける酸素比率を付与されることが好ましい。さらに、熱分解炉１のさらなる領域において、ポリマーマトリクスの分解のために要求される量に関連した準化学量論的な値に、酸素含有量を設定することを付与することが好ましい。

本発明の教示することを理解するために、図１，２及び３は、本発明の教示の異なる態様を容易に理解できるようにするため、一緒に検討されるべきである。

本発明によれば、熱分解炉１は、間接的加熱回転管状炉である。この間接的に加熱される回転管状炉は、第一に、処理されるべきＣＦＰ材料２のための収納空間を形成する細長い回転管１１を有するものである。これは、入口ステーション３及び出口ステーション６の両方に接続される。前記回転管は、回転管状炉において普通であるように、たとえばロールを介するか適当なボールベアリングを介するかのいずれかで回転可能であるように設けられる（たとえば、ＤＥ１０ ２００４ ０３６ １０９ Ａ１参照）。さらに、図１には示されていない回転管１１のための回転駆動装置が存在する。その右手端部では、そのコンベアベルト５を備えた入口ステーション３が、回転管１１に少し突出し、その左手端部では、出口ステーション６の収集容器が、回転管１１の出口の直接下方にあることがわかる。

本発明の目的にとって、前記回転管１１が、その円筒状壁上に、その長手方向の少なくとも一部にわたって熱分解の間に形成された熱分解ガス９を排出するための出口開口部１２を有することが重要である。これらの出口開口部１２は、図１のいろいろな箇所で見ることができる。図３において、回転管１１の出口開口部１２は、熱分解ガス９のためにそこに示される流れ矢印によって指摘される。

熱分解ガス９が、それが発生する箇所に近接する回転管１１から連続して排出されるものである。この方法において、回転管１１内の酸素含有量は、上記に説明したように、目標設定法において制御されるものである。

図２は、入口ステーション３に最も近接する熱分解炉１の右手端部の拡大図を示すものである。図１で示されるものに加えて、回転管１１のローラベアリング１１’が、図２の底部に見られる。これらのローラベアリング１１’は、長手方向における温度関連膨張が可能なように前記回転管１１を支持する。これらのローラベアリング１１’の間に、それぞれの場合で、適当な回転駆動装置が噛合する歯車１１”が存在する。

熱分解プラントの本発明に係るさらなる重要な構成要素は、外側から断熱され、前記回転管１１を囲み、熱分解炉１の入口ステーション３にための開口部を有するハウジング１３である。図１において、回転管１１から高く断熱された入口ステーション３のための開口部は、右側に見られる。前記断熱は、これが回転管１１の「熱い」端部であるという事実を考慮してものである。図１に左側では、出口ステーション６が、ハウジング１３の外側と逆に配置される。この特色は、下記に詳細に説明される。

最後に、特に熱分解ガス９が排出される排出ライン１４は、ハウジング１３に存在する。

図１に示される本発明に係る熱分解プラントの好ましい具体例は、回転管１１が、前記入口ステーション３から延出する第１の加熱部１５と、前記出口ステーション６に導く冷却部１６に隣接する第２の加熱部を有することを特徴とするものである。図１において、回転管１１の加熱部１５は、ハウジング１３が設けられる箇所の右側に見られる。これは、加熱部１５においてのみ回転管１１を囲っている。要求される高い熱入口が存在するだけなので、要求された外側からの断熱が存在するだけである。熱分解ガス９のための排出ライン１４も、そこに配置される。図１の熱分解プラントの描写の中央やや左側に、冷却部１６への回転管１１のための開口部を見ることができる。ハウジング１３の開口部は、このように、出口ステーション６にではなく、代わりとして加熱部１５と冷却部１６の間の熱分解炉１の内側に存在する。

図２は、熱分解炉１の加熱部１５の右側端部を示している。

図示された好ましい具体例は、示された具体例において、回転管１１が水によって冷却されるか、冷却部１６の水によって冷却されることができることが明らかである；水は、スプレイノズル１７を介して上方から散布され、回転管１１の冷却部１６の下にある集水パン１８に集水される。これは、リサイクル炭素繊維７が、出口ステーション６で相対的に低い温度で排出させるものである。

前記回転管１１は、いずれの場合においても冷却部１６において出口開口部は有しないことが望ましい。

熱分解炉１の加熱部１５における回転管１１の形状に関して、出口開口部１２は、回転管１１の周囲にわたって実質的に均等に分配されるものである。周囲にわたって分配された出口開口部１２のいくつかだけが、図１及び図２において指摘されている。しかしながら、これは、回転管１１の全周囲について単に図示されたものであると考えるべきである。全周にわたる分配は、何か他の理由がないかぎり、回転管１１が連続して回転するので、有益である。

出口開口部１２の大きさは、そこに図示された具体例において、すべての場所で同一ではないことが図１及び２において見られるものである。右側端の第１の領域において、出口開口部１２は、まだ相対的に小さい。そこでは、まだ強く加熱されていないので、熱分解ガス９は、少量しか放出されない。大量の熱分解ガス９は、加熱部１５の次の２つの領域においてのみ形成されるので、回転管１１の出口開口部１２は、その径において十分に大きいものである。次の領域において、熱分解が主にそこで完了するので、出口開口部１２は、密度及び大きさの両方で再び減少するものである。

本発明によれば、出口開口部１２の大きさ若しくは出口開口部１２の異なる大きさは、ＣＦＰ材料２及びそこに存在する炭素繊維の大きさに対応する。また、出口開口部１２の大きさ若しくは出口開口部１２の異なる大きさは、ＣＦＰ材料２及びそこに存在する炭素繊維の大きさに対応する、且つ／又は、ＣＦＰ材料２若しくはリサイクル炭素繊維が、回転管１１からハウジング１４に落下しないように調整され及び／若しくは規制されるものである。これは、別の回収の様相が無効にされることから、かなりの大きさにはならないはずである。

示されない本発明の教示の変形において、回転管１１は、回転管１１の出口開口部１２が調整可能であることによって、異なるＣＦＰ材料２に対応させることができるものである。

図１及び図２は、実例となる具体例において、本発明に係る熱分解プラントの構造のさらなる特色を示すものである。熱分解ガスのための排出ライン１４は、加熱部１５のハウジング１３に配置され、そこには再び入口ステーション３に最も近接する端部に配置される。入口ステーション３に最も近いハウジング１３の最初の３分の１にあるこの配置について、ハウジング１３の後ろ側で形成された特別に熱い熱分解ガス９は、入口ステーション３の方向におけるＣＦＰ材料２の流れ方向に対して逆流して流れ、そこで付加的に、ＣＦＰ材料２の加熱に貢献する。この「逆流」の結果として、熱分解炉１の入り口側を通して、より均一な加熱分配が、達成されるものである。

本発明の熱分解プラントの熱分解炉１における回転管１１が、加熱に関して特別な方法において構成されることは、すでに上記に指摘されている。本発明の好ましい教示によれば、異なるガス温度を有する複数の領域１９が、回転管１１の長手方向に沿ってハウジング１３に設けられるか、又は、別々に調整可能なガス温度を有する複数の領域１９が設けられ（言い換えると、個々の領域１９におけるガス温度が別々に若しくはお互いに異なって調整され）、回転管１１の出口開口部１２が、最も高いガス温度を有する領域に少なくとも設けられるものである。

回転管１１の加熱領域１５の異なる領域１９には、熱分解ガス９の異なる形成についてすでに上述したものがある。最後に説明された本発明の教示のさらなる具体例において、熱分解炉１が、複数の領域１９、特に少なくとも１つの加熱領域１９．１、第１の熱分解領域１９．２、第２の熱分解領域１９．３、及び冷却領域１９．４を有することが得策である。

さらに、本発明の好ましい具体例において、熱分解炉１におけるガスの組成は、回転管１１のいろいろな領域１９において、特に第１の熱分解領域１９．２における低い酸素比率（酸素含有量）及び第２の熱分解領域１９．３において第１の熱分解領域１９．２に比べてより高い酸素比率（酸素含有量）で、別々に調整される（言い換えると、熱分解炉１におけるガスの組成は、異なるものであり、回転管１１のいろいろな領域１９において別々に調整されるものである）。

さらに、熱分解炉１のガスの組成及び／若しくは温度は、回転管１１のいろいろな領域１９において、好ましくは定義された酸素比率（酸素含有量）Ｇ（Ｂ１）及び／若しくは第１の熱分解領域１９．２における定義された温度Ｔ（Ｂ１）で、且つ／又は、定義された酸素比率（酸素含有量）Ｇ（Ｂ２）及び／若しくは第２の熱分解領域１９．３における定義された温度Ｔ（Ｂ２）で、別々に調整されるか、又は別々に調整されることができることは、本発明によって好ましいものである。特に、第２の熱分解領域Ｂ２における酸素含有量Ｇ（Ｂ２）は、第１の熱分解領域Ｂ１における酸素含有量Ｇ（Ｂ１）に比べて増加し、且つ／又は、第２の熱分解領域Ｂ２における温度Ｔ（Ｂ２）は、第１の熱分解領域Ｂ１における温度Ｔ（Ｂ１）に比べて増加している。

指摘された温度、特に指摘された温度Ｔ（Ｂ１）及びＴ（Ｂ２）、及びこれに関して下記に与えられた特定の温度値又は温度値範囲は、処理されるべき又はリサイクルされるべき対象物に到達する温度に関係する。

図３は、熱分解炉１の加熱部１５における入口ステーション３に近接した部分の断面図において、右側に、空気及びこれによる酸素を加熱部１５の第１の領域１９．１に導入する制御弁２１を有する空気入口２０を示すものである。

図示された好ましい具体例において、回転管１１は、入口ステーション３から出口ステーション６に下降するように傾斜することが、図１及び図２に示されている。この傾斜及び長手方向の軸を中心とした回転管１１の回転は、回転管１１におけるＣＦＰ材料２の軸方法の搬送運動を作り出す。図示された好ましい具体例において、回転管１１は、混合要素２２、言い換えると、図３に容易に見られる偏向プレートを、その内部に有するものである。

図３Ａ及び図３Ｂにおいて図示されるものは、本発明によって使用される回転管１１の場合に使用されることが好ましい特色を示すものである。第１に混合要素２２及び第２に好ましくは供給スクリュー、特に回旋状、螺旋状若しくはスクリュー状の供給スクリューの形の搬送要素２６、好ましくはアルキメディアンスクリューとの結合が、特に好ましいものである。図３Ｂにおいて搬送要素２６の拡大図に図示されるように、混合要素２２は、本発明によれば、供給スクリュー、特にアルキメディアンスクリューの形の搬送要素２６の個々の回旋の間に配置されることが好ましい。これによって、ＣＦＰ材料２は、回転管１１の長手方向に強制的に搬送されるものである。

図４は、図面における別の図に示されていない特色を示すものである。本発明の一つの変形例において、入口ステーション３が、図１に示されるように、コンベアベルト５を公然と備えるのではなく、それに代えて入口ロックとして形成されることが可能となるものである。図４について、入口ロック３は、一種の空気空間スクリーンのように、熱分解炉１の加熱部１５の第１の領域１９．１に、ＣＦＰ材料２の不可避の導入が、量に関連して制御されることが確実であることによって、制御するものである。前記ロックは、別々の「部分」においてＣＦＰ材料２の仮の連続した導入を可能にするものである。しかしながら、これは、それにもかかわらず、制御装置１０による正確な制御について大きな利点である。

図面に示されない発明の具体例において、本発明の具体例において、本発明の熱分解プラントは、処理されるべきＣＦＰ材料２を粉砕するための粉砕装置を有し、好ましくは入口ステーション３の上流側に配置される。一方、この具体例において、本発明の熱分解プラントは、加工方向（＝加工又は作業方向）において入口ステーション３の前若しくは上流側に配置される処理されるべきＣＦＰ材料２を粉砕するための粉砕装置を有するものである。これは、処理されそれに続いて入口ステーション３に導入されるＣＦＰ材料２が、最適な大きさ又は熱分解のための寸法を有することを確保するものである。適当な粉砕装置は、シュレッダー、叩き、剪断、粉砕、剥ぎ取り、及び／若しくは、切断装置の形において例とされるものであり、制限されるものではない。

図面に示されない発明のさらなる具体例において、熱分解プラントは、好ましくは出口ステーション６の下流側に配置したＣＦＰ材料２から得られるリサイクル炭素繊維を仕上げする、特に取り出し及び／若しくは粉砕するための仕上げ装置を有するものである。言い換えると、この具体例において、本発明の熱分解プラントは、加工方向（＝加工若しくは作業方向）の出口ステーション６の後若しくは後流側に配置されたＣＦＰ材料２から得られたリサイクル炭素繊維を、仕上げるための、特に取り出し及び／若しくは粉砕するための仕上げ装置を有するものである。これは、ＣＦＰ材料２から得られるリサイクル炭素繊維が、それに続く処理のために最適に仕上げられるものである。

図１乃至図３は、これに関連して、熱分解炉１の加熱が、ハウジング１３において加熱ガスライン２４を介して少なくとも１つの外部ガスバーナー２３によってもたせられることを示している。図３において、外部ガスバーナー２３のための接続は、底部左側に見られ、矢印は、回転管１１が回転するハウジング１３の内側において加熱ガスライン２４への加熱ガスの流れを指摘する。それから、これらのガスは、排出ライン１４を介して熱分解ガスとともに再びハウジング１３を離れる。ハウジング１３の底部において回転管１１の長手方向の延出方向に対して横方向に配置される加熱ガスライン２４を介する導入は、図１に見ることができる。

図１において、にここに接続される典型的な後バーナーのための接続２５は、そこにある排出ライン１４上の上部右側に見られる。これは、排出ライン１４におけるガスの温度を、大きく上昇させ、そこで、熱分解ガスの後燃焼が発生する。

図３において、その入り口側で、ガスバーナー２３からくる先燃焼が見られる。ここで、後燃焼は、ハウジング１３に回転管１１を収容する空間の出口側にある排出ライン１４において直接始められる。

回転管１１の代表的な温度は、２００℃〜７５０℃の範囲であると同時に、接続２５の上部下流側の代表的な温度は、１０００℃〜１２００℃である。これに関して、最初に議論された従来技術においてなされた包括的な説明が参照可能である。

本発明の第２の様相によれば、本発明は、炭素繊維含有樹脂から、特に炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ若しくはＣＦＰ材料）から、好ましくは炭素繊維含有及び／若しくは炭素繊維強化合成物（複合材料）から、炭素繊維を回収（リサイクル）するための本発明に係る熱分解プラントの使用を提供する。

本発明のこの様相に関するさらなる詳細な情報については、本発明の熱分解プラントに関する上述したものを参照し、本発明のこの様相に類似して適用することができるものである。

本発明の第３の様相によれば、本発明は、さらに、炭素繊維含有樹脂から、特に炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ若しくはＣＦＰ材料）から、好ましくは炭素繊維含有及び／若しくは炭素繊維強化合成物（複合材料）から、炭素繊維を回収（リサイクル）する方法において、 ポリマーマトリクス内に炭素繊維を具備する炭素繊維含有樹脂に基づく対象物が、酸素の存在において複数段階の熱分解にさらされるとともに、ポリマーマトリクスのポリマーが、炭素繊維を与えるための熱分解の間分解されること、且つ、前記熱分解が、本発明の熱分解プラントにおいて実行される方法を提供するものである。

図１に関して熱分解プラントにおいて実行される発明の方法についての特別な具体例は、図５に示される。この具体例は、炭素繊維含有樹脂から、特に炭素繊維強化樹脂（ＣＦＰｓ若しくはＣＦＰ材料）から、好ましくは炭素繊維含有及び／若しくは炭素繊維強化合成物（複合材料）から、炭素繊維を回収（リサイクル）する方法に関するもので、その方法において、ポリマーマトリクス内に炭素繊維を具備する炭素繊維含有樹脂に基づく対象物が、酸素の存在において、複数段階の熱分解にさらされるとともに、ポリマーマトリクスのポリマーが炭素繊維を与えるための熱分解の間に分解されるものであり、そこでは、熱分解が熱分解装置Ｐ、特に熱分解炉１を有する前述した請求項のいずれかに記載されるような熱分解プラントにおいて実行され、前記熱分解装置Ｐが少なくとも下記する処理領域、特に下記に特定される順に回転管１１の下記する領域１９を具備し、対象物が、この順に下記する処理領域を通過するものである：
（Ａ） 処理されるべき及び／若しくはリサイクルされるべき対象物が、所定の温度Ｔ（Ａ）まで加熱される加熱領域Ａ（図１における参照番号１９．１に対応する）、
（Ｂ１） それに続き、処理されるべき対象物のポリマーマトリクスのポリマーの熱分解が、所定の温度Ｔ（Ｂ１）及び所定の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）で発生し且つ／又は実行される第１の熱分解領域Ｂ１（図１における参照番号１９．２に対応する）、
（Ｂ２） それに続き、熱分解領域Ｂ１（図１における参照番号１９．２に対応する）の後に、まだ存在する処理されるべき対象物のポリマーマトリクスのポリマーの最終熱分解が、所定の温度Ｔ（Ｂ２）及び所定の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）で、少なくとも実質的に完全に除去されるまで実行される第２の熱分解領域Ｂ２（図１における参照番号１９．３に対応する）、
（Ｃ） それに続き、前記第２の熱分解領域Ｂ２（図１における参照番号１９．３に対応する）から得られるリサイクル炭素繊維ＲＦ（図１における参照番号７に対応する）を冷却するための冷却領域Ｃ（図１における参照番号１９．４に対応する）、
そこで、第２の熱分解領域Ｂ２（図１における参照番号１９．３に対応する）における酸素含有量Ｇ（Ｂ２）は、第１の熱分解領域Ｂ１（図１における参照番号１９．２に対応する）の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）と比較して上昇しており、且つ／又は、第２の熱分解領域Ｂ２（図１における参照番号１９．３に対応する）における温度Ｔ（Ｂ２）は、第１の熱分解領域Ｂ１（図１における参照番号１９．２に対応する）の温度Ｔ（Ｂ１）と比較して上昇している。

指摘された温度、特に指摘された温度Ｔ（Ｂ１）及びＴ（Ｂ２）並びにこれに関して下記に指摘される所定の温度値及び温度値範囲は、処理されるべき又はリサイクルされるべき対象物に到達する温度に関係している。

図５は、本発明の好ましい具体例によって、図１に示される熱分解プラントにおいて実行される炭素繊維含有樹脂から炭素繊維を回収（リサイクル）するための本発明の方法のフローチャート図を模式的に示したものである。処理されるべき炭素繊維含有樹脂ＣＦＰのポリマーマトリクスは、最初に熱分解装置Ｐの加熱領域Ａ（図１における参照番号１９．１に対応する）において所定の温度まで加熱され、第１の熱分解領域Ｂ１（図１における参照番号１９．２に対応する）におけるそれに続く段階において、所定の温度及び所定の酸素含有量による選択的熱分解にさらされる。第１の熱分解領域Ｂ１に続く第２の熱分解領域Ｂ２（図１における参照番号１９．３に対応する）において、ポリマーマトリクスの少なくとも実質的な完全除去及びリサイクル炭素繊維の表面から熱分解残留物の完全除去まで、炭素繊維含有樹脂ＣＦＰの残留ポリマーマトリクスの最終熱分解が、所定の温度及び所定の酸素含有量で、実行される。それに続いて、冷却が、冷却領域Ｃ（図１における参照番号１９．４に対応する）において実行されるので、リサイクル炭素繊維ＲＦ（図１における参照番号７に対応する）が、最終的な結果としてこの方法において取得されるものである。

図６Ａは、滑らかな表面構造を有する従来技術の原炭素繊維３０を模式的に示すものである。

図６Ｂは、従来の方法によって取得される従来技術のリサイクル炭素繊維３１を模式的に示したものである。リサイクル炭素繊維３１の表面は、リサイクルの間、炭素繊維の表面の酸化によって形成される溝３３を有する。さらに、著しい量の熱分解若しくは炭化残留物が、従来のリサイクル炭素繊維３１の表面に存在する。著しい量の熱分解若しくは炭化残留物３５によって、従来の方法によて取得された従来のリサイクル炭素繊維の樹脂への取り込み性は、原炭素繊維３０の取り込み性よりも良好ではないか、著しく良好ではない。

図６Ｃは、本発明の方法によって取得されるリサイクル炭素繊維３２を模式的に示したものである。リサイクル炭素繊維の表面は、リサイクルの間にリサイクル炭素繊維の酸化の結果として生じる溝３４を有する。しかしながら、本発明に係る加工条件によれば、本発明に係るリサイクル炭素繊維３２の表面に熱分解若しくは炭化残留物が存在しない。このように、本発明のリサイクル炭素繊維３２は、原炭素繊維３０と比較するか本発明によらずに形成されたリサイクル炭素繊維３１の両方と比較しても、樹脂への十分に改善された取り込み性を有するものである。

図６Ａ，６Ｂ及び６Ｃにおける模式的描写は、対応する生成物において出願人によって実行された顕微鏡分析に対応する。

本発明の特色は、少なくとも実質的に熱分解残留物がなく、さらに炭素繊維の表面の部分的酸化によって、原炭素繊維及び従来のリサイクル炭素繊維に比べてより良い湿潤性を有するリサイクル炭素繊維が、出口開口部を有する間接的加熱回転管状炉を具備する本発明に係る熱分解プラントと、本発明に係る加工条件、特に酸素含有量及び／若しくは第２の分解領域の温度の上昇との結合の結果として得られることである。

このように、本発明に係る熱分解プラントと本発明に係る方法との結合は、リサイクル炭素繊維を破壊することなしに、ポリマーマトリクスのポリマーの選択的除去を可能にし、この結果として、機械的特性、特に引張強度及び弾性係数における且つ電気的特性における著しい劣化が生じるので、リサイクル炭素繊維の物質特性は、少なくとも原炭素繊維のそれらと少なくとも実質的に対応する。

さらに、本発明に係る熱分解プラントと本発明に係る方法との結合は、結果として、少し酸化されたリサイクル炭素繊維の表面を生じ、言い換えると、その表面が粗く且つ炭素繊維の表面にいくつかの酸素含有官能基、例えば、フェノール、カルボキシル、カルボニル、アルデヒド、ケト、ヒドロキシ及び／若しくはオキソ基が、原炭素繊維若しくは従来のリサイクル炭素繊維の場合よりも十分に大きいことを生じるものである。

結果として酸化された表面から生じるリサイクル炭素繊維の粗度及びより大きな親水性は、改善された湿潤性を生じ、さらにこれによるリサイクル炭素繊維の樹脂、建築材料若しくはセメント含有システムへのより良い取り込み性を生じるものである。

本発明の好ましい実施例において、第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）は、第１の熱分解領域Ｂ１における酸素含有量Ｇ（Ｂ１）と比較して、少なくとも３容量％、特に少なくとも５容量％、好ましくは少なくとも７．５容量％、特に好ましくは少なくとも１０容量％まで上昇される。第１の熱分解領域Ｂ１における炭素繊維の酸化を防止するために、リサイクル炭素繊維の表面に熱分解残留物の除去が生じる第２の熱分解領域Ｂ２よりも少ない酸素量が使用される。このように、ポリマーマトリクスの分解は、第２の熱分解領域Ｂ２における熱分解残留物の除去よりも低い酸素含有量で、少なくとも実質的に第１の熱分解領域Ｂ１において実行される。第１の熱分解領域Ｂ１における少ない量の酸素の存在は、最初に、特に入口ロックの形の入口ステーション３によって、第２に、第１の熱分解領域Ｂ１の雰囲気が、実質的に、特にポリマーマトリクスの熱分解において生じるガス状分解生成物からなり、小さい酸素比率のみを有する蒸気で満たされることによって、達成されるものである。

これに関して、第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）は、第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）と比較して、３容量％〜２５容量％、特に５容量％〜２０容量％、好ましくは７．５容量％〜１７．５容量％、特に好ましくは１０容量％〜１５容量％の範囲内まで上昇する。上記に指摘したように、第１の熱分解領域Ｂ１よりもより高い第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量は、少なくとも実質的に、リサイクル炭素繊維の表面の熱分解残留物を完全に除去するために、設定される。

本発明によれば、特に良好な結果は、第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）が、０．１容量％〜１２容量％の範囲内の値に、特に０．５容量％〜１０容量％の範囲内の値に、好ましくは０．７５容量％〜６容量％の範囲内の値に、特に好ましくは１容量％〜４容量％の範囲内の値に、設定される時に、且つ、第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）が、２容量％〜３０容量％の範囲内の値に、特に３容量％〜２０容量％の範囲内の値に、好ましくは５容量％〜１７容量％の範囲内の値に、特に好ましくは６容量％〜１４容量％の範囲内の値に設定される時に、特に、第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）が、第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）と比較して、少なくとも３容量％まで、特に少なくとも５容量％まで、好ましくは少なくとも７．５容量％まで、特に好ましくは１０容量％まで上昇するものであり、且つ／又は、特に、第２の熱分解了解Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）は、第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）と比較して、３容量％〜２５容量％まで、特に５容量％〜２０容量％まで、好ましくは７．５容量％〜１７．５容量％まで、特に好ましくは１０容量％〜１５容量％まで上昇するという条件において、得られることができるものである。

本発明の目的に関して、第１及び第２の熱分解領域Ｂ１及びＢ２の酸素含有量が、第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）が分解されるポリマーマトリクスに対する準化学量論的な値に設定され、第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）が分解される炭素マトリクスに対する超化学量論的な値に設定されることが可能である。このように、ポリマーマトリクスの分解が、第１の熱分解領域Ｂ１の少量の酸素の存在において実行され、熱分解残留物の除去が、第２の熱分解領域Ｂ２の大量の酸素の存在において実行されることが、本発明によって与えらえることが好ましい。特に、第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量が、ポリマーマトリクスのガス状分解生成物の燃焼に要求される酸素の量より小さい量で存在するように設定され、第１の熱分解領域Ｂ１の少量の酸素が、炭素繊維の酸化及びこれによる炭素繊維の部分的若しくは完全な破壊を避けるために必要であり、それは、結果として著しく悪化した機械的及び電気的特性を生じるものである。しかしながら、分解されるべきポリマーマトリクスと関連した雰囲気のより高い酸素含有量は、第２の熱分解領域Ｂ２におけるリサイクル炭素繊維の表面の熱分解残留物の完全燃焼のために必要である。

本発明によれば、熱分解の間、好ましくは全工程の間、酸素含有量、特に第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）及び第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）を、ポリマーマトリクスの分解から発生する分解生成物、特にガス状分解生成物を取り除き、且つ／又は、好ましくは空気の形の酸素の導入によって、制御し、且つ／又は、調整することが好ましい。本発明によれば、第１の熱分解領域Ｂ１及び第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量は、第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量が、ポリマーマトリクスの分解及び部分的燃焼をさせるために十分に高いが、一方で、最小レベルで、又はそれを全体的に避けるために、酸化による炭素繊維の破壊を十分に低い状態となるように、間接的加熱回転管状炉の出口開口部を介してポリマーマトリクスのガス状分解生成物を取り除くことによって制御される。さらに、第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量は、本発明によれば、リサイクル炭素繊維を破壊することなしに、リサイクル炭素繊維の表面上の熱分解残留物の燃焼を確保し、リサイクル炭素繊維の部分的な酸化が生じるように、設定されるものである。本発明によれば、第１の熱分解領域Ｂ１及び第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量の設定は、ポリマーマトリクスのガス状分解生成物を、間接的加熱回転管状炉の出口開口部を介して、取り出すことによって実行されるものである。燃焼ガスの取り出しは、間接的加熱回転管状炉のそれぞれの領域に、好ましくは開放熱分解プラントを介して空気が流れる結果として、吸入効果を生じる。これによって、それぞれの熱分解領域における酸素含有量の制御及び／若しくは調整は、プロセス工学の視点から大変容易に実行され、且つ、酸素のような高価なガスの使用を要求しない。

これに関して、熱分解の間、好ましくは全工程の間の酸素含有量、特に第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）及び第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）は、酸素測定装置、特に酸素高感度センサー及び／若しくは圧力センサーによって測定される。ここで、特に、酸素含有量は、ポリマーマトリクスの分解から生じる分解生成物を取り出すことによる酸素測定装置によって、好ましくはガス取り出し装置によって、且つ／又は、酸素の導入によって、制御され、且つ／又は、調整されるものである。本発明の目的について、第１の熱分解領域Ｂ１及び第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量は、ピポット管のようなセンサー及び／若しくは圧力センサーによって測定される。測定された酸素含有量は、本発明に関連して、測定された酸素含有量及びそれぞれの熱分解領域における酸素含有量の意図された値の機能としてガス取り出し装置を制御するために使用されるものである。このように、酸素含有量は、ガス状分解生成物を取り出すことが、吸入効果及び本発明によって使用される開放熱分解プラントのそれぞれの熱分解領域への周囲からの空気の流れを生じることから、間接的加熱回転管状炉の出口開口部を介して、第１及び第２の熱分解領域における燃焼ガスを取り出すことによって上昇するものである。それぞれの熱分解領域の雰囲気にける酸素含有量の増加は、ポリマーマトリクスの燃焼と、リサイクル炭素繊維の表面の熱分解残留物の燃焼の両方を促進するものである。しかしながら、リサイクル炭素繊維の表面の酸化も、上昇するものである。

本発明の好ましい具体例において、熱分解の間、好ましくは全工程の間の酸素含有量、特に第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）及び第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）は、ポリマーマトリクスが少なくとも実質的に選択的に第１の熱分解領域Ｂ１において熱分解され、第１の熱分解領域Ｂ１の後にまだ残っているポリマーマトリクスだけ及び熱分解（コーク）残留物が、少なくとも実質的に選択的に除去され、且つ、この方法においてリサイクルされた炭素繊維の表面が、第２の熱分解領域Ｂ２において少なくとも部分的に酸化されるように、制御され且つ／又は調整されるものである。第１及び第２の熱分解領域Ｂ１及びＢ２の酸素含有量の制御は、ポリマーマトリクスを選択的に熱分解させ、言い換えると、リサイクル炭素繊維の表面のさらなる酸化が実行されることなしに、所定の酸素含有量の存在において選択的に熱的に分解させるものである。第１の熱分解領域Ｂ１の減少した量の酸素は、ポリマーマトリクスの熱分解に影響を与えず、ポリマーマトリクスのポリマーのガス状分解生成物の燃焼を減少させ、炭素繊維の単に低い酸化を実行する。第２の熱分解領域Ｂ２において、酸素含有量は、残留したポリマーマトリクス及び第１の熱分解領域Ｂ１においてリサイクル炭素繊維の表面に形成された熱分解残留物が除去されるように、設定される。第２の熱分解領域Ｂ２においてより高い酸素量によって、リサイクル炭素繊維の表面の少なくとも部分的な酸化が、そこで実行されると同時に、親水性及びより粗い表面の結果として、改善された湿潤性を生じるものである。

上述したように、第２の熱分解領域Ｂ２の温度Ｔ（Ｂ２）は、本発明によれば、第１の熱分解領域Ｂ１の温度Ｔ（Ｂ１）と比較して上昇しているものである。

本発明によれば、第２の熱分解領域Ｂ２の温度Ｔ（Ｂ２）は、これに関して、第１の熱分解領域Ｂ１の温度Ｔ（Ｂ１）と比較して、少なくとも２５℃まで、特に少なくとも５０℃まで、好ましくは少なくとも７５℃まで、特に好ましくは１００℃まで、より好ましくは少なくとも１２５℃まで、特により好ましくは少なくとも１５０℃まで、上昇するものである。第２の熱分解領域Ｂ２におけるリサイクル炭素繊維の表面上の熱分解残留物の実質的に完全な除去を確実にするために、第１の熱分解領域よりもより高い温度Ｔ（Ｂ２）は、リサイクル炭素繊維の表面の熱分解（コーク）残留物の少なくとも実質的に完全な除去が、上昇する温度で、特により高い酸素含有量と結合して確保されるので、第２の熱分解領域において選択されるものである。しかしながら、温度は、リサイクル炭素繊維が過度に酸化され、その結果として、生じたリサイクル炭素繊維の少なくとも部分的な破壊が、繊維の機械的安定性を著しき減少させることから、特に最大値を超えるべきではない。

特に、第２の熱分解領域Ｂ２の温度Ｔ（Ｂ２）は、第１の熱分解領域Ｂ１の温度Ｔ（Ｂ１）と比べて、２５℃〜３００℃まで、特に５０℃〜２５０℃まで、好ましくは７５℃〜２００℃まで、特に好ましくは１００℃〜１７５℃まで、上昇するものである。

本発明によれば、第１の熱分解領域Ｂ１の温度Ｔ（Ｂ１）を、３７５℃〜４７５℃の範囲内、特に３９０℃〜４６５℃の範囲内、好ましくは４１５℃〜４５５℃の範囲内、特に好ましくは４３０℃〜４４５℃の範囲内に設定することが好ましく、第２の熱分解領域Ｂ２の温度Ｔ（Ｂ２）を、４５０℃〜７５０℃の範囲内、特に４８０℃〜６９０℃の範囲内、好ましくは５１０℃〜６７５℃の範囲内、特に好ましくは５１５℃〜６５０℃の範囲内に設定することが好ましいが、特に、第２の熱分解領域Ｂ２の温度Ｔ（Ｂ２）が、第１の熱分解領域Ｂ１の温度Ｔ（Ｂ１）と比べて、少なくとも２５℃まで、特に少なくとも５０℃まで、好ましくは少なくとも７５℃まで、特に好ましくは少なくとも１００℃まで、より好ましくは少なくとも１２５℃まで、特により好ましくは少なくとも１５０℃まで、上昇することを条件とし、且つ／又は、第２の熱分解領域Ｂ２の温度Ｔ（Ｂ２）は、第１の熱分解領域Ｂ１の温度Ｔ（Ｂ１）と比べて、２５℃〜３００℃まで、特に５０℃〜２５０℃まで、好ましくは７５℃〜２００℃まで、特に好ましくは１００℃〜１７５℃まで上昇することを条件とするものである。第１の熱分解領域Ｂ１は、選択的にポリマーマトリクスと、少なくとも部分的な燃焼で、第１の熱分解領域Ｂ１の雰囲気に存在する酸素によって結果として生じるガス状分解生成物を分解するのに使用される；第１の熱分解領域Ｂ１の雰囲気の少量の酸素によって、ポリマーマトリクスの分解はゆっくりと生じるものであり、熱分解残留物は、炭素繊維の表面に形成される。これらの熱分解残留物は、第１の熱分解領域Ｂ１よりも高い温度の第２の熱分解領域Ｂ２において除去されるとともに、リサ
イクル炭素繊維の過度の酸化が、上述したように、所定の温度の設定及び所定の酸素含有量の設定によって回避されるものである。

これについて、熱分解の間、好ましくは全工程の間の温度、特に第１の熱分解領域Ｂ１の温度Ｔ（Ｂ１）及び第２の熱分解領域Ｂ２の温度Ｔ（Ｂ２）は、好ましくは、温度測定装置、特に温度感知センサーによって、制御され且つ／又は調整されるものである。温度感知センサーによる第１及び第２の熱分解領域Ｂ１及びＢ２の温度の制御は、第１の熱分解領域Ｂ１におけるポリマーマトリクスの選択的熱分解を確実なものにし、且つ第２の熱分解領域Ｂ２でのリサイクル炭素繊維の表面の熱分解残留物の完全な除去を確実にするために、使用される。これについて、第１及び第２の熱分解領域Ｂ１及びＢ２の温度Ｔ（Ｂ１）及びＴ（Ｂ２）の定義された制御は、炭素繊維の過度の酸化及び／若しくは分解を回避するために確保されるもので、その結果として、リサイクル炭素繊維の十分に減少した機械的安定性を生じるものである。

熱分解の間、特に全行程の間の温度、特に第１の熱分解領域Ｂ１の温度Ｔ（Ｂ１）と第２の熱分解領域Ｂ２の温度Ｔ（Ｂ２）が、ポリマーマトリクスのみが第１の熱分解領域Ｂ１において少なくとも実質的に選択的に熱分解され、熱分解（コーク）残留物が少なくとも実質的に選択的に除去されるように、制御されるか又は調整され、この方法においてリサイクルされた炭素繊維の表面は、第２の熱分解領域Ｂ２において少なくとも部分的に酸化されることが好ましいものである。

本発明の好ましい具体例において、本発明によれば、第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）は、第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）と比べて、上昇しており、且つ、第２の熱分解領域Ｂ２の温度Ｔ（Ｂ２）は、第１の熱分解領域Ｂ１の温度Ｔ（Ｂ１）に比べて上昇している。これに関して、第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）は、０．１容量％〜１２容量％の範囲内、特に０．５容量％〜１０容量％の範囲内、好ましくは０．７５容量％〜６容量％の範囲内、特に好ましくは１容量％〜４容量％の範囲内の値に設定され、第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）は、２容量％〜３０容量％の範囲内、特に３容量％〜２０容量％の範囲内、好ましくは５容量％〜１７容量％の範囲内、特に好ましくは６容量％〜１４容量％の範囲内の値に設定されることが好ましいが、第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）が、第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）と比べて、少なくとも３容量％まで、特に少なくとも５容量％まで、好ましくは少なくとも７．５容量％まで、特に好ましくは少なくとも１０容量％まで上昇し、且つ／又は、第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）が、第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）と比べて、３容量％〜２５容量％まで、特に５容量％〜２０容量％まで、好ましくは７．５容量％〜１７．５容量％まで、特に好ましくは１０容量％〜１５容量％まで上昇することを条件とするものである。さらに、本発明によれば、これに関して、第１の熱分解領域Ｂ１の温度Ｔ（Ｂ１）は、３７５℃〜４７５℃の範囲内、特に３９０℃〜４６５℃の範囲内、好ましくは４１５℃〜４５５℃の範囲内、特に好ましくは４３０℃〜４４５℃の範囲内に設定され、且つ、第２の熱分解領域Ｂ２の温度Ｔ（Ｂ２）は、４５０℃〜７５０℃の範囲内、特に４８０℃〜６９０℃の範囲内、好ましくは５１０℃〜６７５℃の範囲内、特に好ましくは５１５℃〜６５０℃の範囲内に設定されるが、第２の熱分解領域Ｂ２の温度Ｔ（Ｂ２）は、第１の熱分解領域Ｂ１の温度Ｔ（Ｂ１）と比べて、少なくとも２５℃まで、特に少なくとも５０℃まで、好ましくは少なくとも７５℃まで、特に好ましくは少なくとも１００℃まで、より好ましくは少なくとも１２５℃まで、さらに好ましくは少なくとも１５０℃まで上昇し、且つ／又は、第２の熱分解領域Ｂ２の温度Ｔ（Ｂ２）は、第１の熱分解領域Ｂ１の温度Ｔ（Ｂ１）に比べて、２５℃〜３００℃まで、特に５０℃〜２５０℃まで、好ましくは７５℃〜２００℃まで、特に好ましくは１００℃〜１７５℃まで上昇することを条件とするものである。

本発明の目的のために、第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）が、第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）と比べて、上昇させることが可能であり、且つ、第２の熱分解領域Ｂ２の温度Ｔ（Ｂ２）が、第１の熱分解領域Ｂ１の温度Ｔ（Ｂ１）に比べて上昇させることができるものである。これについて、第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）が、０．７５容量％〜６容量％の範囲内に設定され、且つ、第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）が、６容量％〜１４容量％の範囲内に設定されることが可能であるが、第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）が、第１の熱分解領域Ｂ１の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）と比べて、少なくとも３容量％〜１３容量％まで上昇することが条件となる。本発明によれば、これについて、第１の熱分解領域Ｂ１の温度Ｔ（Ｂ１）が、３７５℃〜４７５℃の範囲内に設定され、第２の熱分解領域Ｂ２の温度Ｔ（Ｂ２）が、４５０℃〜７５０℃の範囲内に設定されることが好ましいが、第２の熱分解領域Ｂ２の温度Ｔ（Ｂ２）が、第１の熱分解領域Ｂ１の温度Ｔ（Ｂ１）と比べて、５０℃〜２５０℃まで上昇されることを条件とするものである。

上記に指摘されるように、本発明に係る熱分解プラント及び本発明に係る加工条件の結合、特に出口開口部を有する間接的加熱回転管状炉の第２の熱分解領域Ｂ２の酸素含有量Ｇ（Ｂ２）及び／若しくは温度Ｔ（Ｂ２）における制御される上昇は、少なくとも実質的に熱分解残留物の残留物をほとんど有さないリサイクル炭素繊維を生じ、表面の部分的酸化により、原炭素繊維若しくは従来のリサイクル炭素繊維と比べて、より親水性を有し且つより粗い表面を有する炭素繊維を生じる。これは、原炭素繊維若しくは従来のリサイクル炭素繊維と比べて、本発明に係る加工条件から結果として生じるリサイクル炭素繊維のより良い湿潤性及び樹脂への取り込み性を生じる。しかしながら、同時に、表面の酸化は、リサイクル炭素繊維の機械的特性、特に機械的安定性、好ましくは剛性及び引張強度は、原炭素繊維のそれらと比較して、実質的に変化しないままである。

一般的に、リサイクルされる対象物の滞留時間が、広い範囲内で変化可能である；
特に、第１の熱分解領域Ｂ１においてリサイクルされるべき対象物の滞留時間ＶＤ（Ｂ１）は、０．１〜６０分の範囲内、特に０．５〜３０分の範囲内、好ましくは０．７５〜１５分の範囲内、特に好ましくは１〜１０分の範囲内、より好ましくは１〜８分の範囲内である。第１の熱分解領域Ｂ１における滞留時間は、ポリマーマトリクスの少なくとも実質的に完全な除去を確保するのに十分である；しかしながら、第１の熱分解領域Ｂ１における滞留時間は、炭素繊維の酸化及び過度に長い処理時間及びこれによる経済的でない加工期間を避けるために、特別な時間を超えるべきでない。滞留時間ＶＤ（Ｂ１）は、たとえば、第１の熱分解領域Ｂ１内におけるリサイクルされるべき対象物の搬送速度を介して及び／若しくは第１の熱分解領域Ｂ１の空間的長さ若しくは延長部分を介して設定されるものである。

さらに、本発明によれば、第２の熱分解領域Ｂ２におけるリサイクルされるべき対象物の滞留時間ＶＤ（Ｂ２）は、０．０１〜３０分の範囲内、特に０．１〜１２分の範囲内、好ましくは０．５〜７．５分の範囲内、特に好ましくは１〜６分の範囲内、より好ましくは２〜５分の範囲内に設定されるものである。本発明によれば、第２の熱分解領域Ｂ２における滞留時間は、第１に、上昇する温度によるリサイクル炭素繊維の表面の過度の酸化を避け、第２に、熱分解残留物が少なくとも実質的に除去されるように制御されることに利点がある。滞留時間は、特に温度及び／若しくは酸素含有量に依存するので、より長い滞留時間は、低い温度及び／若しくは低い酸素含有量で使用されると同時に、より高い温度及び／若しくはより高い酸素含有量は、結果として低い滞留時間を生じる。さらに、それぞれの熱分解領域Ｂ１及びＢ２における滞留時間は、特に、寸法若しくは大きさ、並びにリサイクルされるべき対象物の分解によるものである。特に、大量の対象物若しくは樹脂含浸対象物は、第１にポリマーマトリクスの完全な除去、及び第２に、リサイクル炭素繊維の表面上の熱分解残留物の完全な除去を確実にするために、第１及び／若しくは第２の熱分解領域Ｂ１及びＢ２における上昇した残留時間を生じる。残留時間ＶＤ（Ｂ２）は、たとえば、第２の熱分解領域Ｂ２内でリサイクルされるべき対象物の搬送速度を介して、且つ／又は、第２の熱分解領域Ｂ２の空間的長さ若しくは延長部を介して設定されるものである。

これに関して、第２の熱分解領域Ｂ２においてリサイクルされるべき対象物の滞留時間ＶＤ（Ｂ２）に対する第１の熱分解領域Ｂ１においてリサイクルされるべき対象物の滞留時間ＶＤ（Ｂ１）の比率Ｑは、本発明によれば、少なくとも１．０５であり、特に少なくとも１．１であり、好ましくは少なくとも１．２であり、より好ましくは少なくとも１．３であり、特に好ましくは少なくとも１．５であり、且つ／又は、４以下であり、特に３．５以下であり、好ましくは３以下であり、特に好ましくは２．７５以下であり、より好ましくは２．５以下であるものである。第２の熱分解領域Ｂ２と比べて、第１の熱分解領域Ｂ１においてより長い滞留時間は、第２の熱分解領域Ｂ２よりもより長い空間的長さ又は延出部を有する第１の熱分解領域Ｂ１によって、且つ／又は、第２の熱分解領域Ｂ２のそれよりもより大きい第１の熱分解領域Ｂ１においてリサイクルされるべき対象物の搬送速度によって達成されるものである。

本発明によれば、第２の熱分解領域Ｂ２においてリサイクルされるべき対象物の滞留時間ＶＤ（Ｂ２）対する第２の熱分解領域Ｂ１においてリサイクルされるべき対象物の滞留時間ＶＤ（Ｂ１）の比率Ｑは、下記する不等式を満足させることが好ましい：
１．０５≦Ｑ≦４、特に１．１≦Ｑ≦３．５、
好ましくは１．２≦Ｑ≦３、より好ましくは１．３≦Ｑ≦２．７５、
特に好ましくは１．５≦Ｑ≦２．５

さらに、本発明によれば、加熱領域Ａにおけるリサイクルされるべき対象物の滞留時間が、０．０５〜２０分間の範囲内、特に０．１〜１５分間の範囲内、好ましくは０．５〜１０分間の範囲内、特に好ましくは１〜５分間の範囲内、より好ましくは１．５〜４分間の範囲内に設定されることが有益である。これについて、加熱領域Ａの温度が、５０℃〜３５０℃の範囲内に、特に１００℃〜３２５℃の範囲内に、好ましくは１５０℃〜３００℃の範囲内に、特に好ましくは２０５℃〜２９５℃の範囲内に設定されることが、有益である。加熱領域Ａの使用は、リサイクルされるべき材料が、所定の温度まで先加熱され、これによってリサイクルされるべき対象物の均一な温度が、第１の熱分解領域Ｂ１において迅速に達成できるものである。これは、比較的短い滞留時間で、ポリマーマトリクスの均一な除去を確実にし、これによって、大きな温度勾配によって生じるポリマーマトリクスの不均一な除去が避けられるので、リサイクル炭素繊維の一定の品質を確実にするものである。さらに、本発明の方法による加工時間は、第１の熱分解領域Ｂ１の比較的短い滞留時間が、所定の温度までのリサイクルされるべき対象物の加熱によって可能とされるので、加熱領域Ａの使用によって十分に減少されるものである。

さらに、冷却領域Ｃにおけるリサイクル炭素繊維の滞留時間は、本発明によれば、０．１〜３０分の範囲内、特に０．５〜２５分の範囲内、好ましくは１〜２０分の範囲内、特に好ましくは５〜１８分の範囲内、より好ましくは７．５〜１５分の範囲内である。これに関して、冷却領域Ｃの温度は、特に、１０℃〜３５０℃の範囲内、特に２０℃〜２５０℃の範囲内、好ましくは２５℃〜２００℃の範囲内、特に好ましくは３０℃〜１５０℃の範囲内である。冷却領域Ｃは、リサイクル炭素繊維の先冷却を行うので、その直後に冷却領域１６におけるリサイクル炭素繊維の冷却と、これによる迅速な加工、特に粉砕、梱包及び／若しくは貯蔵が確保される。冷却領域Ｃは、たとえば冷却領域Ｃに吹き込まれる空気によって冷却される。

本発明の方法についてのさらなる詳細に関して、本発明の方法は、原則的に、連続的に若しくはバッチ式において、好ましくは連続的に実行されるものである。連続的に本発明の方法を実行することは、連続的な温度のメンテナンスが、より経済的であることから、省エネ及びこれによる経済的な処理を可能にする。さらに、特に間接的加熱回転管状炉１１を有する熱分解炉１のリサイクル炭素繊維の品質上及び熱分解装置Ｐの寿命における副作用を有する熱分解領域Ｂ１及びＢ２における熱変動は、連続した処理によって避けることができるものである。さらに、連続した処理は、リサイクルされるべき材料の複雑な貯蔵なしに、リサイクルされるべき対象物の直接的な処理を可能にする。

さらに、本発明の目的について、特に第１の熱分解領域Ｂ１及び第２の熱分解領域Ｂ２の間に配置される熱分解装置Ｐが、少なくとも１つのさらなる熱分解領域、特に少なくとも２つのさらなる熱分解領域、好ましくは少なくとも３つのさらなる熱分解領域を有することができるものである。これについて、本発明によれば、熱分解装置Ｐが、第１の熱分解領域Ｂ１及び第２の熱分解領域Ｂ２の間に配置される１〜１０のさらなる熱分解領域、特に２〜８のさらなる熱分解領域、好ましくは３〜７のさらなる熱分解領域、さらに好ましくは４〜６のさらなる熱分解領域を有することも可能である。

本発明に関して、物理的に分離されることなく且つ／又はお互いに重なる部分を持つ熱分解装置Ｐの１つ又は複数の領域、好ましくは熱分解装置のすべての領域、又は、物理的に分割される熱分解装置Ｐの１つ又は複数の領域、特に第１の熱分解領域Ｂ１及び第２の熱分解領域Ｂ２が、１つ又は複数のロックによって与えられることが好ましい。

さらに、処理され及び／若しくはリサイクルされる対象物は、本発明の目的のために、加熱領域Ａの上流側で、前処理、特に粉砕にさらされる。リサイクルされるべき対象物は、リサイクルされるべき対象物の最大サイズが、熱分解プラントの入口ステーション３の開口部の寸法に合致するために、加熱領域Ａの上流側で粉砕が実行される。特に、このように使用されるリサイクルされるべき対象物の大きさは、熱分解プラントの入口ステーション３の寸法に依存する。しかしながら、リサイクルされるべき対象物は、使用される熱分解プラントの入口ステーション３によって要求されるものよりもより小さいサイズまで粉砕されることも可能である。

これに関して、その処理から及び／若しくは冷却領域Ｃに続く冷却領域の後に結果として生じるリサイクル繊維は、好ましくは切断すること、切り刻むこと、粉砕すること、及び／若しくは、細かく刻むことによって、且つ／又は、好ましくは大きさ、分散剤、消泡剤及び結合剤並びにそれらの混合物若しくは結合から選択された少なくとも１つの処理剤と接触することによって、後処理、特に粉砕にさらされることも可能である。リサイクル炭素繊維の後処理、特に粉砕は、この目的のために特別に製造され、それ自体当業者によって公知である切断装置において実行されると共に、原則的に粉砕が、湿潤及び乾燥工程において実行されるものである。複数の粉砕、特に複数の切り刻みが、リサイクル炭素繊維の繊維長を、所望の繊維長に設定されることを可能にする。これについて、あらかじめ切り刻まれた炭素繊維は、粉砕されたリサイクル炭素繊維を製造するために使用することも可能である；前記粉砕炭素繊維は、特にハンマーミル、衝撃プレートミル、スクリーンバスケットミルのようなミルを使用して、切り刻まれた炭素繊維を粉砕することによって得ることができるものである。さらに、リサイクル炭素繊維、特にリサイクル炭素繊維の表面は、マトリクスの特性に、リサイクル炭素繊維の特性を合致させ、これによって樹脂、建築材料若しくはセメント含有システムへのそれらの取り込み性を改善するために、処理剤で処理されることができる。

本発明のこの様相に関するさらなる詳細について、本発明の他の様相に関して上述したことを参照することによって、本発明のこの様相に類似的に適用するものである。

本発明の第４の様相によれば、本発明は、さらに、本発明の方法によって取得されるリサイクル炭素繊維を提供するものである。

本発明による熱分解プラント及び本発明による加工条件の結合は、結果として生じるリサイクル炭素繊維に直接影響されるものである。出口開口部を有する間接的加熱回転管状炉の形で使用される熱分解炉及び本発明による加工条件により、特に、熱分解で製造されたリサイクル炭素繊維の表面の部分的酸化により、本発明に係る熱分解プラントと本発明に係る加工条件との結合から生じるリサイクル炭素繊維は、実質的に熱分解在留物がなく且つ粗い表面、特に溝、丸溝襞、しわ、くぼみなどを有するものである。さらに、本発明のリサイクル炭素繊維の表面は、部分的酸化によって、原炭素繊維の表面若しくは従来のリサイクル炭素繊維の表面よりも、より親水性を有するものである。本発明のリサイクル炭素繊維のより粗い且つより親水性の表面は、驚くべきことに、改善された湿潤性を生じ、これによって、原炭素繊維若しくは従来のリサイクル炭素繊維と比べて、改善された樹脂への取り込み性を生じるものである。

本発明のより好ましい具体例において、リサイクル炭素繊維は、（２３±０．５）℃の温度での単繊維測定によるウィルヘルミー理論によって、張力学的に測定された接触角として、７５°以下、特に７３°以下、好ましくは７０°以下、特に好ましくは６８°以下、より好ましくは６５°以下、より特に好ましくは６０°以下の測定された水に対する湿潤性を有するものである。

これについて、リサイクル炭素繊維は、（２３±０．５）℃の温度での単繊維測定によるウィルヘルミー理論によって張力学的に測定された接触角として、３０°〜７５°の範囲内、特に３５°〜７３°の範囲内、好ましくは３８°〜７０°の範囲内、特に好ましくは４０°〜６８°の範囲内、より好ましくは４５°〜６５°の範囲内、より特に好ましくは５０°〜６０°の範囲内の測定された水に対する湿潤性を有するものである。

リサイクル炭素繊維の湿潤性の測定は、水に対する（２３±０．５）℃による短繊維測定としてウィルヘルミー理論を使用する張力計によって実行されるものである。ウィルヘルミー理論に関して、特に、アベＫ．、オーニシＳ．、アキジマＨ．、タキグチＨ．、タマダＫ．、日本の表面科学学会の雑誌、２０００年、２１、６４３頁〜６５０頁、且つ、バスコンＷ．Ｄ．、繊維の湿潤作用；シュラッダーＭ．、ロエブＧ．湿潤性への近代的アプローチ；理論及び応用、プレナム出版、ニューヨーク１９９２、３５９頁〜３７３頁、参照することが可能である。さらに、ウィルヘルミー理論による接触角測定の詳細な説明について、本発明の下記する実施例も参照することが可能である。

本発明の目的について、５重量％より小さい、特に４重量％より小さい、好ましくは３重量％より小さい、より好ましくは２重量％より小さい、特に好ましくは１重量％より小さい、特により好ましくは０．９重量％より小さい、最も好ましくは０．５重量％より小さいリサイクル炭素繊維に基づく熱分解残留物（炭化残留物）の比率を有するリサイクル炭素繊維を与えることが好ましい。

特に、リサイクル炭素繊維は、本発明によれば、特に重量測定法による、好ましくは熱重量分析によって測定されるリサイクル炭素繊維に基づく熱分解残留物（炭化残留物）の比率、０．００１〜５重量％の範囲内、特に０．０１〜４重量％の範囲内、好ましくは０．０５〜３重量％の範囲内、より好ましくは０．１〜０．９５重量％の範囲内の比率を有するものである。一方で、リサイクル炭素繊維の表面上の熱分解在留物の高い比率は、第１に、樹脂、建築材料若しくはセメント含有システムへの低下した取り込み性、第２に、リサイクル炭素繊維の電気的特性における十分な劣化を生じるものである。この理由について、リサイクル炭素繊維は、本発明によれば、優れた取り込み性及び優れた電気的特性を得るために、熱分解残留物の極端に小さい比率を有するものである。前記熱分解残留物は、重量分析法によって、特に熱重量分析法（ＴＧＡ）によって、測定されるものであり、熱重量分析法（ＴＧＡ）が好ましいものである。重量分析法及び熱重量分析法（ＴＧＡ）の詳細な説明については、本発明に係る実施例を参照することができるものである。

さらに、リサイクル炭素繊維は、本発明の目的に関して、特にＸ線電子分光法（ＥＳＣＡ）によって、好ましくはＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって測定されたそれらの表面上に、特に、フェノール、カルボキシル、カルボニル、アルデヒド、ケト、ヒドロキシ及び／若しくはオキソ基から選択された酸素含有官能基、特に極性及び／若しくは親水性基を有することができるものである。本発明に係る熱分解プラントと本発明に係る加工条件との結合から結果として生じるリサイクル炭素繊維の表面上の酸素含有官能基が、リサイクル炭素繊維のより高い親水性表面を生じ、結果として原炭素繊維若しくは従来のリサイクル炭素繊維に比べてより高い湿潤性を有するものである。リサイクル炭素繊維の表面上の酸素含有官能基は、特にＸ線電子分光法（ＥＳＣＡ）によって、好ましくはＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって測定されるものである。ＥＳＣＡ及びＸＰＳが実行される方法に関するさらなる情報について、レブセンＫ．、化学の物理的方法；ＥＳＣＡ，現代化学、１０、１９７６、４８頁〜５３頁、及び、本発明の実施例を参照することができる。

さらに、リサイクル炭素繊維は、それらの表面上に、溝、丸溝襞、凹み、しわ、引っ掻き傷、凸凹等を有することができる。本発明に係る熱分解プラントと本発明に係る加工条件との結合は、原炭素繊維と比べて、滑らかな表面を有しないリサイクル炭素繊維を生じる。これは、特に本発明に係る加工条件、特に熱分解残留物の除去の間、リサイクル炭素繊維の表面の酸化によるものである。リサイクル炭素繊維のより粗い表面は、親水性基の存在から離れて、リサイクル炭素繊維の良好な湿潤性の理由であり、それは、発明に係る熱分解プラントと発明に係る加工条件の結合によって取得されるものである。

破壊されていない状態におけるリサイクル炭素繊維の繊維長は、広い範囲で変化可能である。破壊されていない状態におけるリサイクル炭素繊維は、０．０１〜５ｍの範囲内、特に０．０５〜３ｍの範囲内、好ましくは０．１〜２ｍの範囲内、より好ましくは０．２〜１ｍの範囲内の繊維長を有するものである。本発明の方法によって取得されるリサイクル炭素繊維の寸法は、特にリサイクルのために使用される熱分解プラントの入口ステーション３の大きさに依存し、且つ、リサイクル前にリサイクルされるべき対象物に実行される所定の粉砕に依存するものである。一般的に、繊維長及び繊維径の決定に関して、これは、それ自体その技術分野における通常の知識を有する者にとって公知である方法によって実行されるものである。特に、繊維長及び繊維径は、一般的に光錯乱、特にＸ線回析及び／若しくはレーザ光回析に基づく測定法によって、また光学顕微鏡法、電子顕微鏡法等によって、決定されるものである。さらに、ミリ単位の繊維長及び繊維径の決定は、ＤＩＮ６６１６５による篩分析によって実行されるものである。上述したサイズは、特に少なくとも実質的に繊維状基礎構造に関するものである。さらに、下記に与えられたサイズ決定における情報が参照されるものである。

さらに、リサイクル炭素繊維は、１０００〜６０００ＭＰａの範囲内、特に１５００〜５０００ＭＰａの範囲内、好ましくは２０００〜４０００ＭＰａの範囲内、より好ましくは２５００〜３５００ＭＰａの範囲内の引張強度を有するものである。引張強度の決定は、特にＥＮ ＩＳＯ５２７−１によって実行される。

さらに、リサイクル炭素繊維は、本発明の目的について、２０〜１０００ＧＰａの範囲内、特に５０〜８００ＧＰａの範囲内、好ましくは７５〜６００ＧＰａの範囲内、より好ましくは１００〜４００ＧＰａの範囲内、特により好ましくは１５０〜３００ＧＰａの範囲内の弾性係数を有するものである。特に、弾性係数は、ＤＩＮ ＥＮ ６１によって決定されるものである。

さらに、リサイクル炭素繊維は、０．１〜１００μｍの範囲内、特に１〜５０μｍの範囲内、好ましくは２〜２５μｍの範囲内、より好ましくは３〜１５μｍの範囲内、特に好ましくは４〜１０μｍの範囲内の平均繊維径を有することができるものである。平均繊維径の決定は、たとえば光学顕微鏡法及び／若しくは電子顕微鏡法に基づく決定法によって、上述されたように、決定されるものである。

本発明によって好ましい具体例において、リサイクル炭素繊維は、それらの表面に少なくとも１つの処理剤、特に
（ｉ）熱硬化性樹脂、特にエポキシ樹脂；
（ｉｉ） 熱可塑性ポリマー、特にポリオレフィン樹脂；
（ｉｉｉ） 分散剤、特に脂肪族アミンエトキシド及び／若しくはジアルキレングリコール；
（ｉｖ） 消泡剤、特にポリジアルキルシロキサン；及び
それらの混合物及び結合からなる群から選択された処理剤を含有するものである。本発明に係る熱分解プラント及び本発明に係る加工条件の結合から取得されるリサイクル炭素繊維を取り込むために、リサイクル炭素繊維は、本発明によってリサイクルされる炭素繊維の表面特性を、それぞれのマトリクスに合致させるために、それらの表面上で、少なくとも１つの処理剤によって、その表面特性を改善し、これによるリサイクル炭素繊維の樹脂、建築材料及びセメント含有システムへの取り込み性を改善するものである。それぞれのマトリクスに対する表面特性の適合は、リサイクル炭素繊維の均一な取り込み性を生じ、これによるそれぞれのマトリクスにおける効果的な改善若しくはマトリクスにおける強化を生じるものである。

さらに、本発明の目的のために、リサイクル炭素繊維は、粉砕された形状、特に切り刻まれ且つ／又は二重に刻まれ且つ／又は粉砕された形において存在するものである。上記に指摘されたように、リサイクル炭素繊維を切り刻むことは、この目的のために特別に作られ且つその技術における通常の知識を有する者にとってそれ自体公知である切断装置において実行されるとともに、粉砕が、原則的に、湿潤若しくは乾燥法によって実行されることができるものである。リサイクル炭素繊維の繊維長は、複数の粉砕若しくは複数の切り刻みによって適切に設定されるものである。さらに、粉砕されたリサイクル炭素繊維は、先に切り刻まれたリサイクル炭素繊維から、ハンマーミル、衝撃プレートミル若しくはスクリーンバスケットミル等のようなミルを使用することで、得ることができるものである。

これに関して、粉砕されたリサイクル炭素繊維は、０．０１〜２００ｍｍの範囲内、特に０．１〜１５０ｍｍの範囲内、好ましくは０．２〜１００ｍｍの範囲内、より好ましくは０．５〜９０ｍｍの範囲内、特により好ましくは１〜８０ｍｍの範囲内、最も好ましくは２〜７０ｍｍの範囲内の平均繊維長を有することができるものである。繊維長の決定は、特に、上記に指摘した測定方法によって実行されることが可能である。さらに、上述された繊維長は、複数段粉砕リサイクル炭素繊維よりもより長い繊維長を有する単段粉砕リサイクル炭素繊維に関するものである。しかしながら、これは、その技術分野における通常の知識を有する者にとって自明のことである。

さらに、粉砕されたリサイクル炭素繊維は、０．１〜７０ｍｍの範囲内、特に０．５〜６０ｍｍの範囲内、好ましくは１〜５０ｍｍの範囲内、より好ましくは２〜４０ｍｍの範囲内、特により好ましくは３〜３０ｍｍの範囲内、最も好ましくは５〜２０ｍｍの範囲内の平均繊維長を有するものである。リサイクル炭素繊維の平均繊維長は、上述されたように決定される。これについて、上述した繊維長は、単段粉砕リサイクル炭素繊維よりもより短い繊維長を有する二段粉砕リサイクル炭素繊維に関するものである。

さらに、粉砕されたリサイクル炭素繊維は、０．１〜１０００μｍの範囲内、特に１〜９００μｍの範囲内、好ましくは５〜７００μｍの範囲内、より好ましくは１０〜５００μｍの範囲内、特により好ましくは２５〜４００μｍの範囲内、さらにより好ましくは５０〜３５０μｍの範囲内、最も好ましくは７５〜２５０μｍの範囲内の平均繊維長を有するものである。上述したリサイクル譚と繊維の平均繊維長の決定は、上記に記載した決定方法によって実行されるものである。これについて、上述したリサイクル炭素繊維の平均繊維長は、粉砕されたリサイクル炭素繊維に関するものである。

さらに、粉砕されたリサイクル炭素繊維に関して、粉砕されたリサイクル炭素繊維は、２００〜５０００ｋｇ／ｍ^３の範囲内、特に３００〜４５００ｋｇ／ｍ^３の範囲内、好ましくは５００〜４０００ｋｇ／ｍ^３の範囲内、より好ましくは７００〜３５００ｋｇ／ｍ^３の範囲内、特に好ましくは１０００〜３０００ｋｇ／ｍ^３の範囲内、特により好ましくは１２００〜２５００ｋｇ／ｍ^３の範囲内、最も好ましくは１５００〜２２００ｋｇ／ｍ^３の範囲内の繊維密度を有するものである。リサイクル炭素繊維の繊維密度の決定は、特にＤＩＮ２９９７１によって実行されるものである。

本発明のこの様相におけるさらなる情報について、本発明の他の様相に関して上記になされたものを参照することができるとともに、本発明のこの様相にも類似的に適用することができるものである。

さらに、本発明の第５の様相によれば、本発明は、本発明によるリサイクル炭素繊維の使用のために、添加剤として、特に樹脂、建築材料若しくはセメント含有システムのための、炭素繊維含有樹脂を製造するための、若しくは、樹脂への取り込みのための、特に配合するための、若しくは、炭素繊維含有成形体（たとえば構成要素）、金型及びシート状材料（たとえば不織布）を製造するための添加剤として、提供されるものである。

本発明の目的のために、熱可塑性ポリマー、熱可塑性ポリマー混合物及び熱硬化性ポリマーが、使用されることが好ましい。特に樹脂（ポリマー）は、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ）、硫化ポリフェニレン樹脂（ＰＰＳ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、ポリオレフィン樹脂、塩化ポリビニル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＴ）、酸化ポリアリーレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリイミド樹脂、及びそれらの混合物及び結合から選択されるものである。

これに関して、本発明のリサイクル炭素繊維は、特に、混合するために、特に樹脂への取り込み性のために提供されるものである。特に、本発明のリサイクル炭素繊維の取り込み性は、結果として樹脂の品質向上、且つ／又は、機械的特性の改善を生じるものである。

本発明のこの様相におけるさらなる情報について、本発明の他の様相に関して上記になされたものを参照することができるとともに、本発明のこの様相にも類似的に適用することができるものである。

さらに、本発明の第６の様相によれば、本発明は、上記詳細に記載されたような本発明に係るリサイクル炭素繊維を具備するか、上記に詳細に記載されたような本発明の方法によって取得されたリサイクル炭素繊維を使用して製造された樹脂、建築材料、若しくはセメント含有システムを提供するものである。本発明のこの様相におけるさらなる情報について、本発明の他の様相に関して上記になされたものを参照することができるとともに、本発明のこの様相にも類似的に適用することができるものである。

最後に、本発明の第７の様相によれば、本発明は、特に上記に詳細に記載されたような本発明に係るリサイクル炭素繊維を具備するか、上記に詳細に記載されたような本発明の方法によって取得されたリサイクル炭素繊維を使用して製造された複合材料若しくは化合物の形の成形体（たとえば構成要素）、金型及びシート状材料（たとえば不織布）を提供する。本発明のこの様相におけるさらなる情報について、本発明の他の様相に関して上記になされたものを参照することができるとともに、本発明のこの様相にも類似的に適用することができるものである。

上述したように、本発明は、限定を伴うことなしに、いくつかの様相が下記に存在するものの間に多くの利点及び特色と関連する。

出口開口部を有する間接的加熱回転管状炉を具備する本発明の熱分解プラントの使用は、熱分解ガスを同時に排出することのできる熱分解炉において、ＣＦＰ材料の均一な混合、循環及び加熱を可能にするものである。これは、結果として、最適な熱分解条件を生じ、その結果として回転管状炉の所定の場所でポリマーマトリクスの選択的な除去を生じるので、実質的に熱分解（コーク）残留物が、ポリマーマトリクスの改善な除去の後、リサイクル炭素繊維の表面に全く残らないものである。

さらに、本発明の熱分解プラントの間接的加熱回転管状炉の出口開口部は、回転管状炉内の雰囲気、特に酸素含有量を制御することを可能にするものである。回転管状炉の間接的な加熱との結合との結合において、温度変動を避けることによって、ポリマーマトリクスの選択的且つ実質的に完全な除去が、リサイクル炭素繊維が過度の範囲、特に過度に強力な酸化に対する損傷なしに、可能となるので、これは、結果として、リサイクル炭素繊維の十分に減少した機械的且つ電気的特性を生じるものである。

本発明に係る熱分解プラント及び本発明に係る加工条件の使用によって可能となる酸素含有量及び温度の目標値制御でのＣＦＰ材料の均一な加熱と混合との結合は、少なくともそれらの表面に少なくとも実質的に熱分解若しくは炭化残留物を有しないリサイクル炭素繊維を生じるものである。さらに、上述した結合は、結果として、リサイクル炭素繊維の表面の部分的な酸化、言い換えるとより高い接着親和性を示す粗い表面を生じ、且つ、結果として生じるリサイクル炭素繊維の表面での酸素含有基、特にヒドロキシ、アルデヒド、カルボキシル基等を生じるものである。本発明による熱分解プラントと本発明による加工条件の結合から生じるリサイクル炭素繊維の表面の部分的な酸化は、リサイクル炭素繊維のより粗い且つ官能化された、特により高い親水性を有する表面によって、原炭素繊維又は従来のリサイクル炭素繊維と比べて、より高い湿潤性及びこれによる樹脂への改善された取り込み性を生じるものである。

さらに、本発明の熱分解プラントと本発明に係る加工条件との結合、特に全工程の間の温度及び酸素含有量の制御は、リサイクル炭素繊維の過度の酸化を避けることから、本発明のリサイクル炭素繊維は、原炭素繊維よりも良好な機械的特性を有するものである。

さらにまた、ポリマーマトリクスのガス状分解生成物による酸素の強い発熱反応によって、著しく少ない熱エネルギーが本発明の方法を実行するために要求されるもので、本発明の方法は、極端に経済的である。また、熱分解に必要なそれぞれの温度が、強い発熱反応のために大変迅速に到達するので、リサイクルされるべき対象物の短い滞留時間を本発明によって達成できるものである。その結果として、大量の炭素繊維含有樹脂が、本発明の方法と結合する本発明の熱分解プラントによって、短時間にリサイクルされるものである。

本発明の熱分解プラントにおける本発明の方法を実行する前に、リサイクルされる炭素繊維含有樹脂の機械的及び／若しくは化学的前処理を実行する必要がないので、樹脂の付加後に、プリプレグが生成されることから、長い繊維長を有するリサイクル炭素繊維が得られるものである。しかしながら、長い炭素長を有するリサイクル炭素繊維は、たとえば化合において使用されるような所定の繊維長まで粉砕されるものである。

本発明の方法が、他の補強材料が容易に除去されることから、リサイクル炭素繊維のそれぞれの剥離層を生じることから、本発明の方法において、複雑な分離なしに、炭素繊維含有樹脂の薄膜状の片及びガラス繊維のような他の補強材料をリサイクルすることもできるものである。

さらに、本発明の熱分解プラントにおいて実行される本発明の方法は、また連続した作業及び工業的規模での実現を可能にするものである。

本発明のさらなる具体例、改良例及び変形例は、本発明の範囲を逸脱することなしに、本明細書を読み込むことによって、その技術分野における通常の知識を有する者にとって、容易に理解し且つ実現することが可能となるものである。

本発明は、下記する実施例の目的について説明されるが、これらは本発明を限定するものではない。

本発明の特別な利点は、炭素繊維含有樹脂から炭素繊維を回収（リサイクル）するための例について下記に記載される。

Ａ） 炭素繊維含有樹脂をリサイクルするための方法

航空機建造物（たとえば、航空機の翼）若しくは風力タービン（たとえば、風車羽根）から得られるような炭素繊維強化樹脂スクラップ（ＣＦＰスクラップ）が、炭素繊維含有樹脂として使用される。前記ＣＦＰスクラップの部品が熱分解プラントの入口ステーションの開口部より大きい場合には、ＣＦＰスクラップの粉砕が、その技術分野における通常の知識を有する者にとってそれ自体公知である切断装置によって、リサイクル前に実行される。

プリプレッグの形の上述した炭素繊維含有スクラップからの炭素繊維のリサイクルは、表１において指摘される熱分解プラントにおいて実行される。

炭素繊維含有樹脂のリサイクルが上述した熱分解プラントにおいて、それぞれの熱分解プラントにおけるそれぞれの場合に設定される表２に記載された加工条件で、実行されるものである。

いろいろな熱分解プラントにおけるリサイクルによって取得されるリサイクル炭素繊維の表面における表面構造、熱分解残留物と酸素含有基との比率が、下記する測定方法によって決定されるものである。

Ｂ）測定方法及び結果

ａ） リサイクル炭素繊維の光学顕微鏡検査
表面の性質及び熱分解残留物の存在は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって検査される。適当な走査電子顕微鏡は、その技術分野における通常を有する者にとって公知である。これに関して、例えばモデルＪＥＯＬ６４００又はヒタチＳ−３２００の走査電子顕微鏡を使用することができる。走査電子顕微鏡データの分析は、走査電子顕微鏡の分析によって決定される。走査電子顕微鏡によって取得されるいろいろな分解炉の結果が、下記する表３において示される。

本発明による加工条件と結合した出口開口部を有する間接的加熱回転管状炉を有する本発明の熱分解プラントの使用が、繊維表面への十分な損傷を有しないが、リサイクル処理の間の酸化の結果として、取得された溝及び凹部の形の粗い表面を有する炭素繊維をリサイクルされるときのみであることが驚くべきことに見いだされていた。さらに、リサイクル炭素繊維は、本発明による加工条件と結合した本発明の熱分解プラントを使用するときに熱分解残留物を有さない（サンプル１及び２参照）ので、取り込み性、又は、機械的特性、特に剛性と伸長性、又は電気特性のいずれも、リサイクル処理によって著しく影響を受けない（サンプル２参照）。特に、リサイクル炭素繊維は、本発明に係る加工条件が使用されるとき（サンプル２参照）に、実質的に同一な剛性と、原炭素繊維に比べて５％〜１０％の低い伸長性とを有するものである。出口開口部なしの間接的加熱回転管状炉を具備する熱分解プラントの使用は、結果として著しい量の熱分解残留物を有するリサイクル炭素繊維を生じるものである（サンプル３参照）；これは、熱分解ガスが出口開口部の欠如によって、熱分解の間、回転管から逃げることができないことから、特に低い酸素含有量に貢献する。出口開口部がないが２つの処理領域を有する間接的加熱回転管状炉を具備する熱分解プラントの使用は、結果として著しい量の熱分解残留量を有するリサイクル炭素繊維を生じるものである（サンプル４参照）。リサイクル炭素繊維に直接的な大量の熱分解ガスの存在は、リサイクル炭素繊維の表面の高い酸素濃度を防止するが、これは、リサイクル炭素繊維の表面の熱分解残留物の排除及び部分的な酸化に必要なものである。さらに、熱分解ガスの燃焼は、相対的に大量の酸素で実行されるものであり、これは、強力な発熱反応の結果として局部的な温度上昇を生じ、これによってリサイクル炭素繊維の損傷を生じる。ベルト炉を有する熱分解プラントの使用は、熱分解の間、混合の不在と組み合わせた大変低い温度により、著しい量の熱分解在留物を有するリサイクル炭素繊維を生じる（サンプル５参照）。

ｂ） ウィルヘルミー法による接触角の測定
いろいろな分解炉を使用して得られたリサイクル炭素繊維の接触角の測定は、例えば、クルースゲーエムベーハー、ハンブルグ、ドイツから得られるＫ１００ＳＦ張力計である張力計によって測定される。接触角の測定は、水に対するそれぞれの繊維測定として実行される。

この目的のために、それぞれのリサイクル炭素繊維は、最初に０．８〜１ｃｍの長さまで粉砕される。それぞれのリサイクル炭素繊維の粉砕は、例えばこの目的のために製造され、その技術分野における通常の知識を有する者にとってそれ自体公知である切断装置における切り刻みによって達成されるもので、前記粉砕は、原則として、湿潤若しくは乾燥法によって実行される。

粉砕されたリサイクル炭素繊維は、サンプルホルダーを用いて、張力計の力センサー（秤量システム）に固定され、テスト液体、この場合水が、測定容器（ガラス、直径７０ｍｍ、容量７０ｍＬ）に導入され、力センサー下の張力計の温度制御ユニットに配置される。

ｎ−ヘプタンに対するそれぞれ個別の繊維の湿潤長が最初に測定される。ｎ−ヘプタンテスト液体及び測定に要求される水のパラメータは、下記する表に示される。

接触角及び湿潤長の測定は、（２３℃±０．５）℃の温度で実行されると共に、動的接触角の測定は、累進角度である。それぞれのリサイクル炭素繊維について、二重の測定が実行される。

検出速度は、６ｍｍ／ｍｉｎであり、測定速度は、１ｍｍ／ｍｉｎであり、感度は、０．０００４ｍｇであり、繊維が（適所での）凹んでいるところまでの深さは５ｍｍである。

接触角は、力センサーに記録された水と接触するリサイクル炭素繊維における力変化から、位置の関数として、水の表面張力及び予め測定されたリサイクル炭素繊維の湿潤長から、ソフトウェアー（例えば、クルースゲーエムベーハー、ハンブルグ、ドイツによるラブデスクソフトウェアー）によって、自動的に測定され又は演算されると共に、この場合、測定は、オンライン接触角として実行されるものである。

リサイクル炭素繊維の湿潤長と接触角は、下記する表５において示される。

サンプル４についての接触角は、リサイクル炭素繊維の部分的な破壊により測定することができなかった。さらに、リサイクル処理が本発明に係る方法と結合した本発明の熱分解プラントを使用して実行されるときに、表面の酸化が実行され、それによって親水性表面が結果として生じることが見いだされたことは驚くべきことである（サンプル１及び２）。これは、熱分解の間の低い酸素含有量によって親水性表面を有しないサンプル３に比べてより小さい接触角によって明確にされる。サンプル５は、親水性表面を有しているが、著しい量の熱分解残留物が、上述したように、ベルト炉の使用を理由として、走査電子顕微鏡によって、リサイクル炭素繊維の表面に見いだされるものである。

全体的に見れば、本発明の熱分解プラントが本発明の加工条件と結合して使用される時だけ、リサイクル炭素繊維の表面の酸化が実行されるが、これらの著しい損傷がないことから、本発明のリサイクル炭素繊維の機械的特性が保たれるものである。より高い親水性を有する表面は、７５°を超える接触角を有する（例えば湿潤が非常に難しい）原炭素繊維と比べて、樹脂、建築材料若しくはセメント含有システムへのより良好な取り込み性を生じるものである。

ｃ） 重量分析及び熱重量分析
熱分解残留物の重量測定は、ジクロロメタンのような溶剤に、予め決められた量のそれぞれのリサイクル炭素繊維を懸濁し、それに続いて超音波槽において懸濁液を処理し、炭素繊維のみを阻害する粗い篩を介して懸濁液を濾過し、且つ乾燥されたリサイクル炭素繊維の重さを再計量することによって実行されるものである。熱分解残留物の比率は、ジクロロメタンのような溶剤で処理した前後のリサイクル炭素繊維の重量の差によって与えられるものである。

しかしながら、この場合において、熱分解残留物の比率は、熱重量分析（ＴＧＡ）によって決定された。前記熱重量分析（ＴＧＡ）は、その技術分野における通常の知識を有する者にとってそれ自体公知である測定装置を使用して実行されるものである。この場合、いろいろな熱分解プラントの使用によって取得されたリサイクル炭素繊維は、最初に、微粉砕されると共に、粉砕は、その技術分野における通常の知識を有する者にとってそれ自体公知である粉砕方法を使用して、特に切断装置を、又は、ハンマーミル、衝撃プレートミル、スクリーンバスケットミルのようなミルを使用して実行されるものである。それぞれのサンプルの粉砕の後、いろいろな熱分解プラントを使用して得られた１ｍｇの粉砕されたリサイクル炭素繊維が、測定装置に搬送され、熱重量分析が、下記するパラメータを使用して実行される：空気流速度は、２０ｃｍ^３／ｓであり、温度の加熱上昇率は、１０℃／ｍｉｎであり、記録速度は１／Ｓである。熱分解残留物である約５５０℃までに蒸発される残留物は、熱重量分析の前後のサンプルの重量を計量することによって測定される。その測定は、例えば、微量天秤によって実行される。

サンプル１及び２の場合において、重量損失が見いだされなかったことから、本発明に係る加工条件と結合した本発明の熱分解プラントは、著しい量の熱分解残留物を生じない。特に、本発明に係る熱分解プラント及び本発明に係る加工条件を使用して製造されたリサイクル炭素繊維は、（例えば、検出制限を下回る）０．１重量％より小さい熱分解残留物を有する。本発明によらないサンプル３及び５は、それぞれの場合において、５重量％より大きい著しい量の熱分解残留物をそれぞれに有するので、これが、それらが樹脂へのより低い取り込み性を有する理由である。さらに、サンプル３乃至５の熱分解残留物の比率は、リサイクル炭素繊維の電気的特性について副作用を有するものである。

ｄ） Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）
最後に、いろいろな熱分解プラントの使用によって製造されるリサイクル炭素繊維の表面上の酸素含有基のタイプ及び量は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって決定される。

それぞれのリサイクル炭素繊維は、ステンレス鋼からなり、１ｃｍの直径を有するスペーサへの束に適用され、両面接着テープを具備するものである。それに続いて、リサイクル炭素繊維の束の端部は、さらなる接着テープの使用によってスペーサに固定されるものである。６つのサンプルすべてが、このスペーサにおいてお互いから約５ｍｍの距離で配置される。

Ｘ線光電子分光法は、この目的の溜めに最適な測定装置、１５ｍＡのエミッション電流及び１０ｋＶのアノード電圧で単色Ａｌ−ＫαＸ線電子源（１４８６．６ｅＶ）を使用して、例えばクラトスＡＸＩＳ ＵＬＴＲＡを使用して実行される。スペクトルは、０ｅＶ〜１１００ｅＶの範囲内で記録されると共に、伝達エネルギーが８０ｅＶであり、ステップサイズは、０．５ｅＶに設定されるものである。全てのスペクトルは、９０°の反射角を使用して記録される。それぞれの場合において、サンプルの中央の３つの位置が測定されると共に、サンプルの表面積はそれぞれ３００μｍ×７００μｍである。

表面の組成は、ＣａｓａＸＰＳのようなソフトウェアーによって演算される。

出願人によって実証されたように、本発明によってリサイクルされたサンプル１及び２の炭素繊維は、本発明によらないサンプル３及び４よりも表面上のケト及びカルボキシレート基のより高い濃度を有するものである。同様にサンプル５は、本発明によらないサンプル３及び４のリサイクル炭素繊維よりも高い比率のケト及びカルボキシレート基を有するが、著しい量の熱分解残留物が、使用された加工条件と結合した使用された熱分解プラントを理由として、サンプル５のリサイクル炭素繊維の表面上に見出せるものであり、これらの熱分解残留物が、樹脂への取り込み性を困難にしており、リサイクル炭素繊維の電気的特性に副作用を有するものである。

酸素含有基、特にケト及びカルボキシレート基の向上した比率は、本発明のリサイクル炭素繊維のより高い親水性表面を生じる。このより高い親水性表面は、表面のより良い湿潤性によって、より良い取り込み性を生じるものである。

１ 熱分解炉
２ ＣＦＰ材料
３ 入口ステーション
４ シュート
５ コンベアベルト
６ 出口ステーション
７ 炭素繊維材料
８ ガス排出装置
９ 熱分解ガス
１０ 制御装置
１１ 回転管
１２ 出口開口部
１３ ハウジング
１４ 排出ライン
１５ 加熱部
１６ 冷却
１７ スプレイノズル
１８ 集水パン
１９ 領域
１９．１ 加熱領域Ａ
１９．２ 第１の熱分解領域Ｂ１
１９．３ 第２の熱分解領域Ｂ２
１９．４ 冷却領域Ｃ
２０ 空気入口
２１ 制御弁
２２ 混合要素
２３ ガスバーナー
２４ 加熱ガスライン
２５ 接続
２６ 搬送要素
Ｐ 熱分解装置
Ａ 加熱領域
Ｂ１ 第１の熱分解領域
Ｂ２ 第２の熱分解領域
Ｃ 冷却領域
ＣＦＰ 炭素繊維含有樹脂
ＲＦ リサイクル炭素繊維
３０ 原炭素繊維（本発明によらない）
３１ リサイクル炭素繊維（本発明によらない）
３２ リサイクル炭素繊維（本発明による）
３３ リサイクル炭素繊維３１上の溝（本発明によらない）
３４ リサイクル炭素繊維３２上の溝（本発明による）
３５ 熱分解若しくは炭化残留物

Claims (4)

1. 炭素繊維含有樹脂（ＣＦＰ材料）から炭素繊維を回収するための熱分解プラントにおいて、
   前記熱分解プラントは：
   ・作業の間連続的に作業するＣＦＰ材料の連続的熱分解のための細長い熱分解炉、
   ・その一端にある前記熱分解炉で処理されるＣＦＰ材料を導入するための入口ステーション、
   ・その他端にある前記熱分解炉から再生された炭素繊維材料を取り出すための出口ステーション、
   ・前記熱分解炉において生成された熱分解ガスのためのガス排出装置、及び、
   ・前記熱分解炉におけるガスの個々の成分を規制するための制御装置；を具備し、
   前記熱分解炉は：
   ・処理されるべきＣＦＰ材料のための収納空間を形成し、入口ステーション及び出口ステーションと接続され、その長手方向の少なくとも一部にわたって熱分解の間に形成される熱分解ガスを排出するために出口開口部をその円筒状壁に有する細長い回転管、及び、
   外部から断熱され、少なくとも前記回転管を部分的に囲み、前記入口ステーション及び前記出口ステーションのための開口部を有すると共に熱分解ガスのための排出ラインを有し、異なる若しくは別々に調整可能なガス温度を有する複数の領域が、前記回転管の長手方向に沿って設けられるハウジング；を、少なくとも構成要素として有する間接的加熱回転管状炉であり、
   前記回転管の前記出口開口部は、少なくとも最もガス温度が高い領域に設けられ；
   前記熱分解炉は、少なくとも１つの加熱領域、第１の熱分解領域、第２の熱分解領域及び冷却領域からなるいろいろな領域を有し、前記回転管のいろいろな領域における熱分解炉のガスの組成及び温度が、第１の熱分解領域における所定の酸素比率及び所定の温度により、且つ、第２の熱分解領域における所定の酸素比率及び所定の温度により、個別に調整され；且つ、
   前記熱分解プラントは、処理されるべきＣＦＰ材料を粉砕するための粉砕装置を具備すると共に、前記粉砕装置は、入口ステーションの前若しくは上流側に配置されることを特徴とする熱分解プラント。
2. 前記回転管は、入口ステーションから出口ステーションに向かって下方に傾斜するように配置され、且つ、
   前記回転管は、その内部に、混合要素を有することを特徴とする請求項１記載の熱分解プラント。
3. 出口ステーションの後に配置され、ＣＦＰ材料から取得されたリサイクル炭素繊維を処理するための処理装置を具備することを特徴とする請求項１又は２記載の熱分解プラント。
4. 炭素繊維含有樹脂から炭素繊維を回収する方法において、
   前記方法は；
   ポリマーマトリクス内に炭素繊維を具備する炭素繊維含有樹脂を有する対象物が、酸素の存在において複数段の熱分解にさらされると共に、前記ポリマーマトリクスのポリマーが、炭素繊維を与えるために熱分解の間分解されること、及び、
   前記熱分解が、請求項１に記載される、熱分解炉を有する熱分解プラントにおいて実行され、前記熱分解炉が、下記に特定される順番の少なくとも下記する処理領域を具備し、前記対象物が、この順番に下記する処理領域を通過すること；
   （Ａ）処理され、リサイクルされる対象物が、所定の温度まで加熱される加熱領域、
   （Ｂ１）それに続く、処理されるべき対象物のポリマーマトリクスのポリマーの熱分解が、所定の温度Ｔ（Ｂ１）及び所定の酸素含有量Ｇ（Ｂ１）で実行される第１の熱分解領域、
   （Ｂ２）それに続く、第１の熱分解領域の後にまだ存在する処理されるべき対象物のポリマーマトリクスのポリマーの最後の熱分解が、所定の温度Ｔ（Ｂ２）及び酸素含有量Ｇ（Ｂ２）で、前記対象物が完全に排除されるまで実行される第２の熱分解領域、
   （Ｃ） それに続く、第２の熱分解領域Ｂ２から得られるリサイクル炭素繊維を冷却するための冷却領域Ｃ；
   前記第２の熱分解領域Ｂ２における酸素含有量Ｇ（Ｂ２）が、前記第１の熱分解領域Ｂ１における酸素含有量Ｇ（Ｂ１）より高い３容量％〜２５容量％の範囲内の値まで上昇すること、及び、
   前記第２の熱分解領域Ｂ２における温度Ｔ（Ｂ２）が、前記第１の熱分解領域Ｂ１における温度Ｔ（Ｂ１）より高い２５℃〜３００℃の範囲内の値まで上昇することを特徴とする方法。

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