[发明专利]碳化纤维制造方法

说明书

本发明的碳化纤维制造方法，主要将碳纤维前驱物纤维束透过高温碳化步骤形成碳化纤维，再对碳化纤维施以电浆处理，使于碳化纤维表面形成相对粗糙化的电浆改质构造，最后于碳化纤维表面覆盖树脂油剂，得到表面具有树脂油剂的碳化纤维；尤其，可透过电浆表面处理步骤使碳化纤维表面粗糙化，同时增加表面的官能基，有助于碳化纤维与树脂油剂达成优质的介面接合，进而获得结构相对更为稳固可靠的碳化纤维，并且有效缩减碳化纤维生产设备成本及工时。

技术领域

本发明与碳化纤维制造技术有关，旨在提供一种可大幅提升碳化纤维的上浆质量，且有效缩减碳化纤维生产设备成本及工时的碳化纤维制造方法。

背景技术

碳化纤维依纤维当中的碳含量不同又可分为碳纤维或石墨纤维，其由于具有优异的力学特性及电气特性，可广泛应用于各种用途；坊间所见的碳化纤维多将聚丙烯腈系纤维等碳纤维的前驱物纤维(precursor fiber)成束而成的碳纤维前驱物纤维束进行煅烧(高温碳化)而获得。

可供做为碳化纤维的前驱物纤维种类相当多，如嫘萦、聚乙烯醇、偏氯乙烯、聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)、沥青(pitch)等；现有主流使用的碳纤维采用聚丙烯腈(PAN)为原料，其流程一般如下：PAN原料(前驱物纤维)→预氧化步骤→高温碳化步骤→表面处理→上浆步骤→干燥。

其中，在前述高温碳化步骤中，则依照在碳化纤维的用途，以不同的加热设备将碳纤维前驱物纤维束加热成为碳纤维或是石墨纤维，亦即所称的碳化纤维包含碳纤维及石墨纤维；原则上，石墨纤维的纤维当中的碳含量达90％以上，并形成二维碳环平面的网状结构和层片平行的石墨层结构；研究结果显示高强度型碳纤维的结晶区约由5～6层石墨平面组成，高强度高模数型碳纤维的结晶区约由10～20层石墨平面组成；理论上和实际商品验证均指出，石墨层晶粒厚度越大，碳纤维的拉伸模数越高。

另一方面，完成前述高温碳化步骤的碳化纤维在出厂前多会于表面涂布一层油剂(一般使用树脂油剂，并称为上浆步骤)，以保护纤维不致因为后续工艺的摩擦而导致断裂，影响整体碳化纤维的质量。而未经过处理的碳化纤维因为表面吸附有杂质，由于这些杂质存在于碳化纤维表面与树脂油剂之间，因而导致碳化纤维与树脂油剂之间的黏附性不足，而无法达到保护纤维的目的。

再者，碳化纤维在高温碳化步骤中，通常因为高温烧熔作用使得其纤维表面过于细致平滑化且几无表面官能基，导致纤维于上浆步骤过程中无法与树脂油剂完整结合；已知可利用热处理或电解技术对已完成高温碳化步骤的纤维先施以表面处理后再进行上浆步骤，藉以改善纤维与树脂油剂之间的结合效果。

然而，以热处理方式对碳化纤维进行表面处理时，其中处理碳化纤维的习知技术是在空气中以500℃至800℃，时间为1至10min，不但必须花费较多的时间，且通常一次处理较多的数量，相对较不容易掌控加工质量；至于，以电解方式对碳化纤维进行表面处理时，则必须在电解程序后再经过至少一道干燥程序始得以于纤维表面涂布油剂，不仅花费了较多的时间及程序且通常因为电解液变动而影响加工质量，甚至在纤维表面产生沉积杂质现象。

发明内容

有鉴于此，本发明即在提供一种可大幅提升碳化纤维上浆质量，且有效缩减碳化纤维生产设备成本及工时的碳化纤维制造方法，为其主要目的者。

为了达到上述目的，本发明的碳化纤维制造方法，基本上依序包含有下列步骤：一提供原料步骤，提供碳纤维前驱物纤维束；一高温碳化步骤，对该碳纤维前驱物纤维束加热，使该碳纤维前驱物纤维束成为具有预先设定碳含量的一碳化纤维；一电浆表面处理步骤，于一预先设定的处理时间下以一预先设定功率的电浆气流作用于该碳化纤维，使于该碳化纤维的表面形成一电浆改质构造；一上浆步骤，于该电浆改质构造覆盖一树脂油剂；一干燥步骤，对覆盖于该电浆改质构造的该树脂油剂施予一干燥处理，令该树脂油剂固着在该碳化纤维的表面。