[实用新型]一种碳纤维阳极氧化表面处理装置

说明书

技术领域

    本实用新型属于高分子材料技术领域，具体涉及一种碳纤维阳极氧化表面处理装置。

背景技术

碳纤维是纤维状的碳材料，密度比金属铝低，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀性、高模量的特性。既有碳材料“硬”的固有本性，又兼备纺织纤维“柔”的可加工性，是新型一代军民两用新材料，广泛应用于航空、航天、交通、体育休闲用品、医疗、机械、纺织等各个领域。碳纤维产业在发达国家支柱产业乃至国民经济整体素质的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。

碳纤维作为一种高强度、高模量的材料，可以与多种基体材料复合制成复合材料，当外力施加在碳纤维复合材料上时，应力会通过基体材料在碳纤维丝束之间传导。碳纤维本身的比表面积小，表面能低，从而导致纤维和树脂之间的结合力弱，复合材料的层间剪切强度明显偏低，达不到使用要求。通常的做法是通过对纤维的表面进行处理，以提高纤维和树脂之间的结合力。未经表面处理的碳纤维，单相复合材料的层间剪切强度仅为50~70MPa，而经表面处理后，层间剪切强度可提高到90MPa以上，充分发挥了碳纤维的增强效果。但是如果结合力过大，会造成复合材料韧性降低。因此，对碳纤维进行适当的表面处理可以有效地提高复合材料的性能，表面处理程度过大或过小对最终的复合材料性能均有较大的影响。

碳纤维的表面处理通常是在碳纤维的生产过程中连续进行，在选择表面处理方式时，要考虑到表面处理时间、可操作性、成本和纤维失重等因素。传统的碳纤维表面处理工艺是：阳极氧化表面处理---水洗---干燥---上浆---干燥---收卷。这种表面处理方法已在碳纤维工业生产中得到了普遍的应用，但由于实际生产中的复杂性，普遍不能实现对各个因素的精确控制。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种碳纤维阳极氧化表面处理装置, 在对碳纤维阳极氧化表面处理的过程中，实现对各种影响因素的精确控制。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种碳纤维阳极氧化表面处理装置，其特征在于：

所述装置包含有PVC电解槽，两侧分别为进丝端和出丝端，内置碳酸氢铵配制的电解质溶液，槽底中央设置有石墨电极；

所述PVC电解槽的进丝端依次设置有不锈钢牵伸辊和聚氨酯牵伸辊，出丝端依次设置有聚氨酯牵伸辊和不锈钢牵伸辊，聚氨酯牵伸辊后方设置有齿轮减速机构及用于驱动走丝的直联减速变频电机；碳纤维从进丝端的不锈钢牵伸辊顶端绕到聚氨酯牵伸辊底端，浸入电解质溶液，再由出丝端的聚氨酯牵伸辊底端绕到不锈钢牵伸辊顶端；

所述装置包含有直流电源，其正极接到PVC电解槽进丝端的不锈钢牵伸辊上，负极接到石墨电极上；

所述PVC电解槽连接有用于对电解质溶液进行精确控温的程控恒温器，和用于实时测量电解质溶液电导率的电导电极，电导电极接入电导率控制器。

PVC电解槽进丝端和出丝端的不锈钢牵伸辊和聚氨酯牵伸辊对称设置，两端的不锈钢牵伸辊的底端均高于和聚氨酯牵伸辊的底端。

不锈钢牵伸辊内部填充有环氧树脂，与槽体及齿轮减速机构绝缘。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型以碳纤维作为阳极，石墨板作为阴极，电解质采用碳酸氢铵，在直流电场作用下对纤维表面进行处理，电解质中含氧阴离子在电场作用下向阳极移动，并在其表面放电而生成单质氧来进行氧化反应，生成含氧官能团，在此过程中碳纤维受到一定程度的刻蚀，纤维表面极性和粗糙度得以增大，从而达到改善复合材料界面性能的目的，可以实现对碳纤维阳极氧化表面处理时各种影响因素的精确控制，包括碳纤维表面处理时间、电流强度、电解质溶液浓度、电解液温度，实现最优的表面处理工艺，达到碳纤维表面处理的最佳效果。 

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图中，1-碳纤维，2-程控恒温器，3-直流电源，4-电导率控制器，5-PVC电解槽，6-电解质溶液，7-石墨电极，8-不锈钢牵伸辊，9-聚氨酯牵伸辊，10-直联减速变频电机，11-电导电极。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。