[发明专利]一种制备具有高分散性的短切碳纤维材料的装置及方法

说明书

本发明涉及一种制备具有高分散性的短切碳纤维材料的装置及方法；所述装置包括超声波分散槽，搅拌装置，泵，过滤网收集器，集液回流器及超声波发生器；所述泵一端插入超声波分散槽，用于抽取纤维与溶剂的混合物，另一端与过滤网收集器及集液回流器相连接，所述过滤网收集器位于集液回流器的上端，所述集液回流器设置在超声波分散槽的上端，所述超声波分散槽的底部设有超声波发生器，所述搅拌装置设置在超声波分散槽的中下部。经过本发明装置和方法制备的碳纤维可以很好地分散在涂料里，可以较彻底地解决涂料喷涂过程中因碳纤维分散不好造成的问题。本发明的装置及方法生产效率高，分散质量稳定，具有很高的社会经济价值。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种制备具有高分散性的短切碳纤维材料的装置及方法。

背景技术

随着火箭技术的不断进步，大推力与大型化发展的需要日益突出，与此对应的就是火箭工作状态下表面的温度越来越高。因此，火箭表面防隔热材料已经成为保障火箭顺利发射的新的关键因素。使用喷涂方式施工的新型火箭防隔热材料，已经逐步得到推广。以涂料方式的防隔热材料，通常需要使用碳纤维作为结构强化。因此，在制备防热涂料的过程中，需要将碳纤维在涂料里进行充分有效的分散。因为短切碳纤维的加工工艺特性，其在涂料原料里面的分散一直是个难题。即使只有少量碳纤维处于团聚状态，也极易导致涂料喷涂时堵塞喷枪、产生表面不平整等问题，严重影响涂装效率和质量。这个难题制约着新型防热涂料的应用和推广。因此，制备无团聚的高分散性短切碳纤维，仍然是一个具有较高技术价值和应用价值的挑战。

发明内容

本发明提供了一种制备具有高分散性的短切碳纤维材料的装置及及方法。

一种制备具有高分散性的短切碳纤维的装置，其包括超声波分散槽，搅拌装置，泵，过滤网收集器，集液回流器及超声波发生器；所述泵一端插入超声波分散槽，用于抽取纤维与溶剂的混合物，另一端与过滤网收集器及集液回流器相连接，所述过滤网收集器位于集液回流器的上端，所述集液回流器设置在超声波分散槽的上端，所述超声波分散槽的底部设有超声波发生器，所述搅拌装置设置在超声波分散槽的中下部。

超声波发生器使得短切碳纤维束在溶剂中被部分解聚，产生分散状态的碳纤维，超声波的作用使得分散与未分散的物料向上运动；搅拌装置的搅拌使得超声波分散槽内的液体旋转，产生离心分级作用，处于团聚状态的碳纤维束，因其颗粒较大，受到的流体阻力相对已经分散的纤维要小，会被甩向槽壁并下沉回到超声波发生器处；已经处于分散状态的碳纤维则会富集于分散槽的上部靠近中心的区域，泵会从上部靠近中心的区域抽取纤维与溶剂的混合物；过滤网收集器将抽取的混合物中的碳纤维捕获；余下的溶剂通过集液回流器回到超声波分散槽。

在本发明的一些实施方式中，所述过滤网收集器内置活动的过滤网。

在本发明的一些实施方式中，所述泵插入超声波分散槽的一端，其抽取位置可以移动。

一种利用上述装置制备具有高分散性的短切碳纤维的方法，其包括以下步骤：

1)把改性后的碳纤维浸泡于溶剂中，充分浸润；

2)把浸润后的碳纤维放入超声波分散槽中，加入溶剂，打开超声波发生器，利用超声波把碳纤维分散在超声波分散槽里，利用超声波进行分散；

3)打开搅拌装置，搅动超声波分散槽里的溶剂，形成稳定旋流；

4)打开循环泵，从超声波分散槽的上约三分之一处的环形区域抽取正被旋流的液体，把液体抽到过滤网收集器中，收取已被分散的碳纤维，溶剂通过滤网收集器进入集液回流器，回流到超声波分散槽内；

5)在光学显微镜下观察收集到的碳纤维，如果存在未解聚的纤维束，则需要a)加大旋流速度，或者b)降低超声功率，或者c)移动泵的抽取位置，反复调节直到所收集到的纤维束无团聚；