一种采用激光回收纤维增强树脂基体复合材料的方法与流程

本发明涉及纤维增强树脂基体复合材料回收技术领域，更具体地说是一种采用激光对纤维增强树脂基体复合材料中的高性能纤维进行回收的方法。

背景技术：

纤维增强树脂基复合材料(frp)由于具有高强度、质量轻、抗疲劳、耐腐蚀等优良特性，被广泛应用于航空航天、风电叶片、国防军工、交通运输、体育休闲等领域，是一种军民两用的高性能先进材料。例如，在空客a350客机与波音b787客机的机身结构上，frp的用量分别占机身总质量的53％与50％。根据广州赛奥碳纤维技术有限公司发布的《2018全球碳纤维复合材料市场报告》，2018年我国碳纤维增强复合材料的年需求量为31千吨，相对于2017年的23.5千吨，同比增长了32％。而在2008年至2018年间，全球碳纤维复合材料的用量为969.6千吨，而我国在此期间的碳纤维复合材料用量为164.5千吨。由此可知，frp的历史使用量与未来预计使用量是巨大的。

然而，随着frp应用领域不断扩大与使用量的快速增长，其废弃量也逐步增加。frp废弃物主要来源于两方面，一是frp生产制造过程产生的废弃物，主要包括废弃预浸料、边角料、残次品等；二是使用寿命结束的frp制品，如飞机、汽车等产品上的frp制品。在frp产品的制造过程中，边角料与残次品约占据材料消耗量的30％，而所有的frp制品在使用寿命结束后也都将被废弃。从产品的生命周期角度来看，frp制品的总废弃量与历史累积生产量(全球969.6千吨,我国164.5千吨)理论上是相同的。因此，由frp的使用量数据可知，frp制品的废弃量是巨大的。

当前，由于frp制品的再资源化工业技术限制，多数frp废弃物采用常规垃圾处理方式(填埋或焚烧)处理。采用常规处理方式存在两个弊端：1)由于frp中含有树脂基体，采用填埋处理的frp废弃物难以被自然环境降解，而采用焚烧处理的frp会释放有毒有害物质与温室气体；2)frp废弃物中的纤维材料由于受到树脂基体的保护，仍保留着良好的力学性能，采用焚烧与填埋处理方式对frp制品中制造成本高昂的纤维材料是一种极大的浪费。因此，开发针对frp废弃物材料的高价值循环再利用技术有着重要的环境意义与经济意义。

目前，frp制品回收与再资源化的实验技术主要分为三种方法：

机械法：采用机械破碎方式对废旧frp制品进行破碎，破碎后产物作为建筑填充物。该方法仅能得到不同大小的frp碎片，无法获得回收纤维，产物的再利用价值低。

热解法：根据frp制品中纤维与树脂基体耐热性不同，加热废旧frp废弃物使树脂基体裂解为裂解气体与裂解油，而纤维由于耐热性较高而得到保留。因树脂基体裂解温度较高，且为避免表面产生积碳，回收环境温度一般在400-900℃。

化学法：根据frp制品中纤维与树脂基体的化学稳定性不同，采用化学溶剂溶解废旧frp中的树脂基体，从而萃取出回收纤维。因frp中树脂基体具有耐腐蚀特性，溶剂通常需要加热以提高树脂基体溶解度。比如，当采用水或醇等溶剂时，溶剂需加热至溶剂的亚临界温度或超临界温度，通常在300-500℃。

然而，以上frp回收技术存在很多弊端：

冗余能量的消耗：因回收方式的限制，在热解法与化学法回收过程中，需先将环境温度(反应釜，气体氛围等)加热至反应温度，回收反应才开始进行。而回收反应实际所需能量仅为将反应物料加热至反应温度即可，环境温度所消耗的能量均为冗余的能量损耗，该部分能耗导致了回收能量的增加与回收成本偏高。如在热解法中，裂解所需能量仅为树脂达到裂解温度即可，气体氛围加热与散热所消耗的能量均为冗余能量。在化学法中，反应实际所需能量仅为流体与物料达到反应温度即可，而实际回收过程中，反应釜同样被加热至反应温度，导致了消耗大量的冗余能量。

回收纤维长度无法控制：由于frp废弃物形状大小各异，导致回收纤维长度不统一，回收产物质量不稳定。纤维长度是影响再制造复合材料力学性能的重要因素，不确定的混杂纤维长度将导致再制造复合材料的力学性能难以保证。

回收纤维表面性能退化：在回收过程中，回收纤维表面会受热解环境与化学溶剂的影响，产生表面刻蚀与浸润性能变差，导致与新树脂结合的界面性能下降，进而影响纤维再制造复合材料的力学性能。

回收效率低：设备结构复杂，回收效率低下。如热解法，废弃frp需要加热至约400-900℃的裂解温度才开始分解，而树脂基体仍需一段时间才可完全裂解。而在化学法中，溶剂的加热时长与树脂分解反应时间同样导致回收效率低下。

无法控制回收区域：复合材料制品易发生部分损伤，如部分冲击开裂与划伤。现有回收技术无法对部分受损的复合材料制品进行损伤部位材料的精准回收与损伤修复，只能将其整体报废回收，导致高价值复合材料制品的报废率偏高与使用价值的浪费。

工艺设备复杂：现有废旧复合材料回收工艺因需高温环境或化学溶剂，从而需要复杂的升温、保温设备或耐腐蚀反应釜等，导致回收工艺复杂，且对设备要求苛刻。

因此，对于frp废弃物的回收与再利用，如何提高回收过程能量利用效率与回收效率、降低回收工艺设备复杂程度对于减少复合材料回收成本与回收难度有重要意义。此外，强化回收纤维的界面强度、获得长度可控的回收纤维对提高回收纤维再利用价值与回收产品质量有重要意义。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明提出一种采用激光回收纤维增强树脂基体复合材料的方法，利用激光束高能量产生的热效应对废弃纤维增强树脂基体复合材料中的高性能纤维进行高效、快速回收。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种采用激光回收纤维增强树脂基体复合材料的方法，按如下步骤进行：

步骤一、去除树脂基体

1a)利用脉冲激光器作为激光束发射源，利用激光扫描振镜系统使脉冲激光器射出的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，调整激光扫描场镜与纤维增强树脂基体复合材料试件之间的间距，使透过激光扫描场镜的激光束辐照到试件上待回收区域表面的激光光斑大小为预设尺寸；

1b)设置脉冲激光器的工作参数至设定值，所述工作参数包括激光束波长、激光功率、激光脉冲重复频率与激光扫描速度；

1c)规划激光光斑于试件待回收区域表面的扫描路径a；

1d)脉冲激光器启动，通过激光扫描振镜系统控制试件待回收区域表面的激光光斑沿着扫描路径a填充整个待回收区域，并重复扫描n1次，使试件待回收区域的表面升温，直至试件待回收区域表层的树脂基体完全裂解去除，纤维材料无损保留并完全暴露；

步骤二、强化纤维表面

2a)利用连续激光器作为激光束发射源，利用激光扫描振镜系统使连续激光器射出的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，调整激光扫描场镜与试件之间的间距，使透过激光扫描场镜的激光束辐照到试件待回收区域内暴露纤维上的激光光斑大小为预设尺寸；

2b)设置连续激光器的工作参数至设定值，所述工作参数包括激光束波长、激光功率与激光扫描速度；

2c)规划激光光斑于试件待回收区域表面的暴露纤维上的扫描路径b；

2d)连续激光器启动，发出的激光束由激光扫描振镜系统控制，使试件待回收区域表面的激光光斑沿着扫描路径b在试件待回收区域内暴露纤维的表面扫描一次，完成对试件待回收区域内暴露纤维的表面强化；

步骤三、精准切割纤维

3a)利用脉冲激光器作为激光束发射源，利用激光扫描振镜系统使脉冲激光器射出的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，调整激光扫描场镜与试件之间的间距，使透过激光扫描场镜的激光束辐照到试件待回收区域表面的激光光斑大小为预设尺寸；

3b)设置脉冲激光器的工作参数至设定值，所述工作参数包括激光束波长、激光功率、激光脉冲重复频率与激光扫描速度；

3c)在试件待回收区域内，先沿着待回收区域表面暴露纤维的径向方向规划纤维切割路径，后规划沿着试件待回收区域边界轮廓一周所形成的轮廓切割路径，以纤维切割路径与轮廓切割路径组合成为切割路径；

3d)脉冲激光器启动，通过激光扫描振镜系统控制待回收区域表面的激光光斑沿着切割路径对试件待回收区域的表面扫描n2次，直至对暴露纤维完全切割；

步骤四、对切割后的纤维进行脱除收集，完成对表层纤维的回收；

步骤五、重复步骤一至步骤四，由外至内地逐层对纤维增强树脂基体复合材料进行树脂去除与纤维回收。

步骤一中：试件的待回收区域置于惰性气体环境中。

步骤一中：设置脉冲激光器的激光功率为1-20w、激光脉冲重复频率为40-80khz，以波长为1.064μm的激光束射出，通过激光扫描振镜系统偏转后，透过激光扫描场镜辐照到试件的待回收区域表面，并于试件待回收区域表面形成直径为0.1-2mm的激光光斑；

扫描路径a呈s形递进或z形递进形成，单次递进的距离为0.1-2mm，激光光斑是以待回收区域轮廓为边界，按照s形或z形递进填充整个待回收区域；

激光光斑由激光扫描振镜控制在试件待回收区域表面是沿着扫描路径a以100-1000mm/s匀速进行扫描，扫描次数为1-15次。

步骤二中：设置连续激光器的激光功率为10-300w，以波长为10.64μm的激光束射出，通过激光扫描振镜系统偏转后，透过激光扫描场镜辐照到试件待回收区域上暴露纤维的表面，并于试件待回收区域内暴露纤维上形成直径为1-4mm的激光光斑；

激光光斑由激光扫描振镜控制以10-100mm/s的扫描速度在试件待回收区域表面沿着呈s形的扫描路径b匀速、递进地填充试件的整个待回收区域，扫描方向与纤维轴向平行，递进方向与纤维的径向平行，单次递进距离为1-4mm。

步骤三中：设置脉冲激光器的激光功率为10-20w、激光脉冲重复频率为20-40khz，以波长为1.064μm的激光束射出，通过激光扫描振镜系统偏转后，透过激光扫描场镜辐照到试件待回收区域的暴露纤维表面，并于暴露纤维表面形成直径为0.02-0.1mm的激光光斑；

激光光斑由激光扫描振镜控制，在试件待回收区域表面是沿着切割路径以500-10000mm/s的速度匀速扫描，并重复扫描1-5次。

步骤四中是通过压缩空气对试件待回收区域喷吹，实现对切割后纤维的脱除，所述压缩空气的气压为0.1-1mpa。

步骤一与步骤三中的脉冲激光器均为光纤激光器，步骤二中的连续激光器为co2激光器。

所述纤维增强树脂基体复合材料中的树脂基体为热固性树脂或热塑性树脂，树脂含量为复合材料含量的1-99％；所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、天然纤维、化学合成纤维中的一种或多种，纤维含量为复合材料含量的1-99％。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明中，在纤维增强树脂基体复合材料回收过程中，采用激光作为能量的输入方式使树脂基体发生热解，开创了一种新的纤维增强树脂基体复合材料的回收技术；

2、本发明中，在纤维增强树脂基体复合材料回收过程中，采用激光由外向内对复合材料进行树脂去除，在不破坏纤维在复合材料中的排列编织方式的前提下，进而可以采用激光对回收纤维进行精准的切割回收，开创了一种可以从复合材料中回收得到精准长度纤维的回收方式。解决了现有技术因对回收纤维可控性低，难以控制纤维回收长度导致的纤维质量不均、难以保证再制造复合材料力学性能的难题；

3、本发明中，采用激光由外向内对复合材料的树脂进行去除，纤维在排列方式不被破坏的情况下得到暴露，进而可以通过激光技术对其表面进行改性强化，可提高其与新树脂的界面结合性能，解决了现有技术因化学溶剂与热解环境导致的纤维表面污染与损伤，提高了回收纤维与新树脂的结合界面性能；

4、本发明中，采用激光作为能量输入方式，树脂去除过程中直接对复合材料进行加热，无需通过介质传热，减少回收过程中冗余的能量消耗，极大的提高了能量的利用效率；

5、本发明中，采用激光作为能量输入方式，复合材料可在瞬间升至树脂裂解温度，实现树脂快速裂解，解决了现有回收工艺因需先将回收环境温度提升至树脂裂解温度后再进行裂解反应导致的工艺复杂与纤维回收效率低下的难题，实现纤维高效、快速回收；

6、本发明中，复合材料回收区域可控，可实现对复合材料损伤部位的纤维回收。因激光的精度高，热影响区小，对损伤部位以外的复合材料影响极小，可实现对复合材料制品受损区域的纤维回收，进而便于受损部位的修复，提高复合材料制品的使用寿命。

附图说明

图1是本发明中采用激光去除纤维增强树脂基体复合材料中树脂基体的过程示意图；

图2是去除树脂基体过程中当扫描路径a呈s形时的结构示意图；

图3是去除树脂基体过程中当扫描路径a呈z形时的结构示意图；

图4是对纤维表面激光强化过程中扫描路径b的结构示意图；

图5是精准切割纤维过程中切割路径的结构示意图。

图中，1纤维增强树脂基体复合材料；2激光扫描振镜系统；21摆动电机x；22激光器；23扫描振镜x；24扫描振镜y；25摆动电机y；3激光束；4激光扫描场镜；5激光光斑；6待回收区域；7纤维；8树脂基体；9激光光斑路径。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1至图5，本实施例的采用激光回收纤维增强树脂基体复合材料的方法是按如下步骤进行：

步骤一、去除树脂基体

1a)利用脉冲激光器作为激光束3发射源，利用激光扫描振镜系统2使脉冲激光器射出的激光束3发生偏转后射入激光扫描场镜4，调整激光扫描场镜4与纤维增强树脂基体复合材料1试件之间的间距，使透过激光扫描场镜4的激光束3辐照到试件上待回收区域6表面的激光光斑5大小为预设尺寸；

1b)设置脉冲激光器的工作参数至设定值，工作参数包括激光束3波长、激光功率、激光脉冲重复频率与激光扫描速度；

1c)规划激光光斑5于试件待回收区域6表面的扫描路径a；

1d)脉冲激光器启动，通过激光扫描振镜系统2控制试件待回收区域6表面的激光光斑5沿着扫描路径a填充整个待回收区域6，并重复扫描n1次，使试件待回收区域6的表面升温，直至试件待回收区域6表层的树脂基体8完全裂解去除，纤维材料无损保留并完全暴露；

步骤二、强化纤维表面

2a)利用连续激光器作为激光束3发射源，利用激光扫描振镜系统2使连续激光器射出的激光束3发生偏转后射入激光扫描场镜4，调整激光扫描场镜4与试件之间的间距，使透过激光扫描场镜4的激光束3辐照到试件待回收区域6内暴露纤维7上的激光光斑5大小为预设尺寸；

2b)设置连续激光器的工作参数至设定值，工作参数包括激光束3波长、激光功率与激光扫描速度；

2c)规划激光光斑5于试件待回收区域6表面的暴露纤维上的扫描路径b；

2d)连续激光器启动，发出的激光束3由激光扫描振镜系统2控制，使试件待回收区域6表面的激光光斑5沿着扫描路径b在试件待回收区域6内暴露纤维的表面扫描一次，完成对试件待回收区域6内暴露纤维的表面强化；

步骤三、精准切割纤维

3a)利用脉冲激光器作为激光束3发射源，利用激光扫描振镜系统2使脉冲激光器射出的激光束3发生偏转后射入激光扫描场镜4，调整激光扫描场镜4与试件之间的间距，使透过激光扫描场镜4的激光束3辐照到试件待回收区域6表面的激光光斑5大小为预设尺寸；

3b)设置脉冲激光器的工作参数至设定值，工作参数包括激光束3波长、激光功率、激光脉冲重复频率与激光扫描速度；

3c)在试件待回收区域6内，先沿着待回收区域6表面暴露纤维的径向方向规划纤维切割路径，后规划沿着试件待回收区域6边界轮廓一周所形成的轮廓切割路径，以纤维切割路径与轮廓切割路径组合成为切割路径；如图5中，纤维切割路径为待回收区域内沿着纤维径向将暴露纤维分为间隔长度为h1、h2、h3三段的两条平行线形成，轮廓切割路径为沿着待回收区域轮廓形成的矩形组成；切割路径则是以上述纤维切割路径与轮廓切割路径组合而成；

3d)脉冲激光器启动，通过激光扫描振镜系统2控制待回收区域6表面的激光光斑5沿着切割路径对试件待回收区域6的表面扫描n2次，直至对暴露纤维完全切割；

步骤四、对切割后的纤维进行脱除收集，完成对表层纤维的回收；

步骤五、重复步骤一至步骤四，由外至内地逐层对纤维增强树脂基体复合材料1进行树脂去除与纤维回收。

具体实施中，相应的设置也包括：

步骤一中：为控制树脂与环境气体发生反应，在去除树脂基体的步骤一中，可在试件待回收区域6提供惰性气体保护，或将试件浸入水中。本实施例是将待回收区域6置于惰性气体环境中，惰性气体为氮气、氩气、二氧化碳、氦气中的一种或多种。

且，步骤一中：

设置脉冲激光器的激光功率为1-20w、激光脉冲重复频率为40-80khz，以波长为1.064μm的激光束3射出，通过激光扫描振镜系统2偏转后，透过激光扫描场镜4辐照到试件的待回收区域6表面，并于试件待回收区域6表面形成直径为0.1-2mm的激光光斑5；

扫描路径a呈s形递进或z形递进形成，单次递进的距离为0.1-2mm，激光光斑5是以待回收区域6轮廓为边界，按照s形或z形递进填充整个待回收区域6；

激光光斑5由激光扫描振镜控制在试件待回收区域6表面是沿着扫描路径a以100-1000mm/s匀速进行扫描，扫描次数为1-15次。

步骤二中：

设置连续激光器的激光功率为10-300w，以波长为10.64μm的激光束3射出，通过激光扫描振镜系统2偏转后，透过激光扫描场镜4辐照到试件待回收区域6上暴露纤维的表面，并于试件待回收区域6内暴露纤维上形成直径为1-4mm的激光光斑5；

激光光斑5由激光扫描振镜控制以10-100mm/s的扫描速度在试件待回收区域6表面沿着呈s形的扫描路径b匀速、递进地填充试件的整个待回收区域6，扫描方向与纤维轴向平行，递进方向与纤维的径向平行，单次递进距离l为1-4mm。

步骤三中：

设置脉冲激光器的激光功率为10-20w、激光脉冲重复频率为20-40khz，以波长为1.064μm的激光束3射出，通过激光扫描振镜系统2偏转后，透过激光扫描场镜4辐照到试件待回收区域6的暴露纤维表面，并于暴露纤维表面形成直径为0.02-0.1mm的激光光斑5；

激光光斑5由激光扫描振镜控制，在试件待回收区域6表面是沿着切割路径以500-10000mm/s的速度匀速扫描，并重复扫描1-5次。

步骤四中是通过压缩空气对试件待回收区域6喷吹，实现对切割后纤维的脱除，压缩空气的气压为0.1-1mpa。也可直接使用防静电毛刷刷除并回收切割后的纤维。

步骤一与步骤三中的脉冲激光器均为光纤激光器，步骤二中的连续激光器为co2激光器。

纤维增强树脂基体复合材料1中的树脂基体为热固性树脂或热塑性树脂，树脂含量为复合材料含量的1-99％；纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、天然纤维、化学合成纤维中的一种或多种，纤维含量为复合材料含量的1-99％。

实施例1：

本实施例中，以废弃的碳纤维增强环氧树脂基体复合材料单层预浸料作为试件，复合材料中，碳纤维含量为70wt％，环氧树脂基体含量为30wt％，待回收区域表面的轮廓呈20mm×6mm的矩形状。采用激光回收碳纤维增强环氧树脂基体复合材料单层预浸料中的高性能纤维的方法是按如下步骤进行：

步骤一、去除环氧树脂基体

采用光纤激光器以脉冲式出光，设置激光功率为1w，激光脉冲重复频率为80khz，发出波长为1.064μm的激光束，利用激光扫描振镜系统使脉冲激光器射出的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，调整激光扫描场镜与试件之间的间距，使透过激光扫描场镜的激光束辐照至试件待回收区域表面的激光光斑大小为直径0.1mm；

规划s形扫描路径a，通过激光扫描振镜系统控制试件待回收区域表面的激光光斑沿着s形扫描路径a以100mm/s的速度匀速扫描，并重复扫描15次，使试件待回收区域表面升温，实现待回收区域环氧树脂基体的完全裂解去除与纤维的无损保留；其中，每次扫描均是沿着扫描路径a按照s形呈递进式填充整个待回收区域，单次递进的距离为0.1mm；

步骤二、强化纤维表面

待环氧树脂基体去除后，纤维暴露。采用co2激光器以连续式出光，设置激光功率为10w，发出波长为10.64μm的激光束，利用激光扫描振镜系统使连续激光器射出的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，调整激光扫描场镜与试件之间的间距，使透过激光扫描场镜的激光束辐照至试件待回收区域上暴露纤维表面的激光光斑大小为直径1mm；

规划s形扫描路径b，通过激光扫描振镜系统控制试件待回收区域表面的激光光斑在试件待回收区域的暴露纤维表面沿着扫描路径b以10mm/s的速度匀速扫描，递进填充整个待回收区域，递进方向平行于碳纤维的径向，扫描方向平行于与碳纤维的轴向，单次递进的距离为1mm，实现对试件待回收区域内暴露纤维进行激光扫描表面强化；

步骤三、精准切割纤维

待暴露纤维表面被激光强化后，采用光纤激光器以脉冲式出光，设置激光功率为10w，激光脉冲重复频率为20khz，发出波长为1.064μm的激光束，利用激光扫描振镜系统使脉冲激光器射出的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，调整激光扫描场镜与试件之间的间距，使透过激光扫描场镜的激光束辐照至待回收区域上暴露纤维表面的激光光斑大小为直径0.1mm；

在试件待回收区域内，先沿着待回收区域表面暴露纤维的径向方向规划纤维切割路径，后规划沿着试件待回收区域边界轮廓一周所形成的轮廓切割路径，以纤维切割路径与轮廓切割路径组合成为切割路径。本实施例中，切割路径为20mm×6mm的矩形，通过激光扫描振镜系统控制待回收区域表面的激光光斑沿着切割路径以500mm/s的速度匀速重复扫描5次，将暴露纤维切割为20mm长度的回收碳纤维。

步骤四、表面一层的暴露纤维被切割后，与复合材料不再连接，由空压机提供气压为0.1mpa的压缩空气，利用压缩空气将切割后的纤维吹落并加以集中回收。

上述步骤一至四完成后，单层复合材料中的树脂即完全去除，且，待回收区域的碳纤维得到强化与回收。

实施例2：

本实施例中，以废弃的碳纤维增强环氧树脂基体复合材料3层板作为试件，复合材料中，碳纤维含量为70wt％，环氧树脂基体含量为30wt％，待回收区域表面的轮廓呈15mm×10mm的矩形状。采用激光回收碳纤维增强环氧树脂基体复合材料3层板中的高性能纤维的方法是按如下步骤进行：

步骤一、去除环氧树脂基体

采用光纤激光器以脉冲式出光，设置激光功率为20w，激光脉冲重复频率为40khz，发出波长为1.064μm的激光束，利用激光扫描振镜系统使脉冲激光器射出的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，调整激光扫描场镜与试件之间的间距，使透过激光扫描场镜的激光束辐照至试件待回收区域表面的激光光斑大小为直径2mm；

规划z形扫描路径a，通过激光扫描振镜系统控制试件待回收区域表面的激光光斑在试件待回收区域表面沿着z形扫描路径a以1000mm/s的速度匀速扫描1次，使试件待回收区域表面升温，实现待回收区域环氧树脂基体的裂解去除与纤维的无损保留；扫描时，激光束是沿着扫描路径a按照z形呈递进式填充整个待回收区域，单次递进的距离为2mm；

步骤二、强化纤维表面

待环氧树脂基体去除后，纤维暴露。采用co2激光器以连续式出光，设置激光功率为300w，发出波长为10.64μm的激光束，利用激光扫描振镜系统使连续激光器射出的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，调整激光扫描场镜与试件之间的间距，使激光束辐照至试件待回收区域上暴露纤维表面的激光光斑大小为直径4mm；

规划s形扫描路径b，通过激光扫描振镜系统控制试件待回收区域表面的激光光斑在试件待回收区域的暴露纤维表面沿着扫描路径b以100mm/s的速度匀速扫描1次，递进填充整个待回收区域，递进方向平行于碳纤维的径向，扫描方向平行于碳纤维的轴向，单次递进的距离为4mm，实现对试件待回收区域内暴露纤维进行激光扫描表面强化；

步骤三、精准切割纤维

待暴露纤维表面被激光强化后，采用光纤激光器以脉冲式出光，设置激光功率为20w，激光脉冲重复频率为40khz，发出波长为1.064μm的激光束，利用激光扫描振镜系统使脉冲激光器射出的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，调整激光扫描场镜与试件之间的间距，使透过激光扫描场镜的激光束辐照至待回收区域上暴露纤维表面的激光光斑大小为直径0.06mm；

在试件待回收区域内，先沿着待回收区域表面暴露纤维的径向方向规划纤维切割路径，后规划沿着试件待回收区域边界轮廓一周所形成的轮廓切割路径，以纤维切割路径与轮廓切割路径组合成为切割路径。本实施例中，切割路径为15mm×10mm的矩形，通过激光扫描振镜系统控制待回收区域表面的激光光斑沿着切割路径以1000mm/s的速度匀速扫描1次，将暴露纤维切割为15mm长度的回收碳纤维。

步骤四、表面一层的暴露纤维被切割后，与复合材料不再连接，利用防静电毛刷将切割后的纤维扫除并加以集中回收。

上述步骤一至四完成后，试件待回收区域表面一层的树脂即完全去除、碳纤维得到强化与回收，内部纤维与树脂基体复合材料暴露，重复实施步骤一至步骤四2次，由外至内逐层对试件待回收区域进行树脂去除与纤维回收，从而完成对待回收区域复合材料中高性能纤维的完全回收。

实施例3：

本实施例中，以废弃的玄武岩纤维增强环氧树脂基体复合材料层板作为试件，复合材料中，玄武岩纤维含量为60wt％，环氧树脂基体含量为40wt％，待回收区域表面的轮廓呈20mm×20mm的矩形状。采用激光回收玄武岩纤维增强环氧树脂基体复合材料层板中的高性能纤维的方法是按如下步骤进行：

步骤一、去除环氧树脂基体

采用光纤激光器以脉冲式出光，设置激光功率为10w，激光脉冲重复频率为50khz，发出波长为1.064μm的激光束，利用激光扫描振镜系统使脉冲激光器射出的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，调整激光扫描场镜与试件之间的间距，使透过激光扫描场镜的激激光束辐照至试件待回收区域表面的激光光斑大小为直径1mm；

规划z形扫描路径a，通过激光扫描振镜系统控制试件待回收区域表面的激光光斑在试件待回收区域表面沿着z形扫描路径a以500mm/s的速度匀速扫描，并重复扫描8次，使试件待回收区域表面升温，实现待回收区域环氧树脂基体的裂解去除与纤维的无损保留；每次扫描时，激光光斑是沿着扫描路径a按照z形呈递进式填充整个待回收区域，单次递进的距离为1mm；

步骤二、强化纤维表面

待环氧树脂基体去除后，纤维暴露。采用co2激光器以连续式出光，设置激光功率为180w，发出波长为10.64μm的激光束，利用激光扫描振镜系统使连续激光器射出的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，调整激光扫描场镜与试件之间的间距，使激光束辐照至试件待回收区域上暴露纤维表面的激光光斑大小为直径2mm；

规划s形扫描路径b，通过激光扫描振镜系统控制试件待回收区域表面的激光光斑在试件待回收区域的暴露纤维表面沿着扫描路径b以50mm/s的速度匀速扫描1次，递进填充整个待回收区域，递进方向平行于碳纤维的径向，扫描方向平行于碳纤维的轴向，单次递进的距离为2mm，实现对试件待回收区域内暴露纤维进行激光扫描表面强化；

步骤三、精准切割纤维

待暴露纤维表面被激光强化后，采用光纤激光器以脉冲式出光，设置激光功率为15w，激光脉冲重复频率为30khz，发出波长为1.064μm的激光束，利用激光扫描振镜系统使脉冲激光器射出的激光束发生偏转后射入激光扫描场镜，调整激光扫描场镜与试件之间的间距，使透过激光扫描场镜的激光束辐照至待回收区域上暴露纤维表面的激光光斑大小为直径0.08mm；

在试件待回收区域内，先沿着待回收区域表面暴露纤维的径向方向规划纤维切割路径，后规划沿着试件待回收区域边界轮廓一周所形成的轮廓切割路径，以纤维切割路径与轮廓切割路径组合成为切割路径。本实施例中，如图5所示，纤维切割路径为待回收区域内沿着纤维径向将暴露纤维分为间隔长度为h1、h2、h3三段的两条平行线形成，h1为4mm，h2为6mm，h3为10mm；轮廓切割路径为沿着待回收区域轮廓形成的20mm×20mm的矩形；切割路径则是以上述纤维切割路径与轮廓切割路径组合而成；

通过激光扫描振镜系统控制待回收区域表面的激光光斑沿着切割路径以5000mm/s的速度匀速扫描2次，将暴露纤维切割为长度分别为4mm、6mm、10mm的回收玄武岩纤维。

步骤四、表面一层的暴露纤维被切割后，与复合材料不再连接，由空压机提供气压为1mpa的压缩空气，利用压缩空气将切割后的玄武岩纤维吹落并加以集中回收。

上述步骤一至四完成后，试件待回收区域表面一层的树脂即完全去除、玄武岩纤维得到强化与回收，内部纤维与树脂基体复合材料暴露，重复实施步骤一至步骤四，由外至内逐层对试件待回收区域进行树脂去除与纤维回收，直至完成对待回收区域复合材料中高性能纤维的完全回收。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。