[发明专利]一种新型碳纤维表面处理工艺流程

说明书

技术领域

本发明涉及本发明涉及有机化学领域，属于高分子材料制造技术，具体地说一种新型碳纤维表面处理工艺流程。

背景技术

碳纤维是纤维状的炭材料，密度比金属铝低，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀性、搞模具的特性。既有炭材料“硬”的固有本性，又兼备纺织纤维“柔”的可加工性，是新一代军民两用新材料，广泛应用于航空、航空、交通、体育休闲用品、医疗、机械、纺织等各领域。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面发挥着重要作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义。

由于碳纤维表面有很多空隙、凹槽、杂质等，对制成碳纤维复合材料的质量带来了巨大的影响。分析碳纤维的化学成分，其主要由碳和少量的氮、氧、氢等元素组成。未经表面处理的碳纤维其表面羟基、羰基等极性基团的含量很少，不利于其与基体树脂的粘结。碳纤维的类石墨结构决定了其表面成化学惰性，不易被机体树脂浸润即发生化学反应。

传统碳纤维表面处理方法是（如图1所示）：电解表面处理——水洗——干燥——上浆——干燥——收卷。干燥过程是干燥炉内完成，这种表面处理方法，所生产的碳纤维易起毛丝、力学性能不理想，并且生产过程中能源消耗较多。

发明内容

本发明目的在于提供一种新型碳纤维表面处理工艺流程，使所生产的碳纤维外观毛丝明显减少、提高碳纤维的力学性能、降低能源消耗，克服了现有技术的不足。

实现上述目的的技术方案是：本发明采用的对碳纤维进行表面处理的步骤是电解表面处理——水洗——胶辊挤压——上浆——干燥——收卷。

本发明所述的电解氧化处理工序是利用碳纤维的导电性作为阳极，传动辊作为阴极，进行阳极电解氧化处理，之后再进入水洗工序处理。电解氧化处理工序的主要目的是提高碳纤维的层间剪切强度，电解表面处理使用的设备主要由电解槽、传动辊、直流电源和电导仪等组成，电解槽中放置一定浓度的电解质（如碳酸按或碳酸氢钱或碳酸二氢按等）。

本发明的水洗工序采用浸入式工艺加喷淋洗的方法，水洗工序的目的主要是去除碳纤维表面及内部残留的电解质，水洗使用的设备主要由水洗槽、传动辊、洗涤水（去离子水）和循环泵及管路等。

本发明的胶辊挤压工序的的关键是调整好两支胶辊的水平度，胶辊要保持水平，否则将导致多束碳纤维上受到的挤压力会不一致，进而影响到下一工序碳纤维的上浆工艺。胶辊挤压工序的目的是适当去除碳纤维中含有的水，使每束碳纤维的含水率基本一致，使用的设备是两支胶辊和接水槽，碳纤维束经两个胶辊的挤压将水挤除。

本发明的上浆工序是指碳纤维在上浆后，单丝表面会形成一层薄的保护膜，使得在后续加工（如加工编织布和复合布）使用过程中能防止磨擦、磨损、防止产生新的毛丝，影响到碳纤维制品的使用性能。该工序使用设备主要由上浆槽、传动辊和上浆液循环泵等。

     本发明的干燥工序的主要目的是去除碳纤维上浆剂内含有的水分，含水率要求不大于1% ，同时，干燥又对碳纤维有定型的作用。使用的主要设备是干燥炉和传动辊等。

    本发明的收卷工序在干燥工序之后，将干燥后的碳纤维经收丝机卷绕成线轴状，再经包装即可进入市场销售。

    本发明经过长时间试验并连续生产运行，与传统的表面处理工艺生产的碳纤维相比较，外观毛丝明显减少，经检测后力学性能指标略有提高：碳纤维的层间剪切强度平均提高了5Mpa，提高幅度达8 %，而其它指标均比以前略有提高，幅度达3～5％。

    与传统碳纤维表面处理工艺流程相比，本发明有以下优点：

    1、碳纤维丝束含水率均一，碳纤维的含油量容易控制；

    2、碳纤维外观毛丝明显减少，上浆液洁净度高；

3、纤维束膨润度高，浸润性好，制得的碳纤维含胶量均匀，有利于提高后续生产制品工序中碳纤维与树脂的相容性；

4、力学性能指标略有提高，降低了能源消耗。

附图说明

    附图1为传统碳纤维表面处理方法示意图；

附图2为新型碳纤维表面处理工艺流程示意图。

具体实施方式  

如图2所示，一种新型碳纤维表面处理工艺流程示意图所示，本发明采用的对碳纤维进行表面处理的步骤是电解表面处理——水洗——胶辊挤压——上浆——干燥——收卷。