專利名稱：一種連續(xù)式碳纖維后處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及碳纖維生產(chǎn)設(shè)備，特別是涉及一種連續(xù)式碳纖維后處理裝置。
背景技術(shù)：
碳纖維及其復(fù)合材料由于其各種優(yōu)異的性能，不僅廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域， 在體育、醫(yī)療、汽車等民用領(lǐng)域中的應(yīng)用也日益增多。然而，由于碳纖維表面活性低，與樹脂 復(fù)合時呈現(xiàn)出憎液性，不能充分發(fā)揮碳纖維的增強(qiáng)作用；環(huán)境中的水分會進(jìn)入碳纖維和樹 脂間由于未充分粘接而形成的空隙內(nèi)，使復(fù)合材料的力學(xué)性能下降。對碳纖維表面處理的 目的就是為了提高碳纖維的表面活性，增加碳纖維和樹脂間的界面粘接，從而提高復(fù)合材 料的層間剪切強(qiáng)度(ILSS)和界面剪切強(qiáng)度(IFSS)。碳纖維存在活性官能團(tuán)和漿料要和與 之復(fù)合的樹脂相匹配。然而本實用新型的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，市場上存在碳纖維大多是環(huán)氧樹脂 類漿料，如碳纖維需要和酚醛樹脂、尼龍樹脂復(fù)合，則需要重新進(jìn)行表面處理及上漿。放置 過久的碳纖維絲束上的漿料和活性官能團(tuán)會失效，也需要重新退漿、表面處理和上漿。傳統(tǒng) 的退漿方法是用丙酮抽提回流，需要時間較長，不易連續(xù)處理；使用60%的硫酸溶液中浸 漬退漿，硫酸會在碳纖維上殘留，會影響碳纖維和樹脂復(fù)合材料對環(huán)境的穩(wěn)定性。碳纖維表 面處理方法較多，有等離子體氧化法、液相氧化法、氣相氧化法、陽極氧化法等。等離子體氧 化法需要高真空設(shè)備，在線使用不易配套，液相氧化法需要時間長，也不易在線使用，而且 這些設(shè)備的對碳纖維的處理方法一般僅限一種。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種一種連續(xù)式碳纖維后處理裝置，能夠 在線配套使用，可以連續(xù)退漿、進(jìn)行多種表面處理及重新上漿。 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種連續(xù)式碳纖維后處理 裝置，包括串聯(lián)連接的管式電熱爐和表面處理機(jī)，其中，表面處理機(jī)分為上下兩層，下層從 左至右依次是電解槽和水洗槽，上層是從右至左依次第一槽式電熱爐、上漿槽、第二槽式電 熱爐和傳動五輥裝置，該管式電熱爐的石英管兩端分別連接第一悶頭和第二悶頭，第一悶 頭一端連接第一石英導(dǎo)管，該第一石英導(dǎo)管與管式電熱爐的爐管平行，第一悶頭垂直方向 還連接第二石英導(dǎo)管；第二悶頭垂直方向連接第三石英導(dǎo)管；電解糟內(nèi)是絕緣導(dǎo)輥，該電 解槽上方是導(dǎo)電輥，該導(dǎo)電輥與直流電源或脈沖電源陽極連接；傳動五輥裝置和變頻電機(jī) 連接。 所述的連續(xù)式碳纖維后處理裝置的悶頭使用的材料是石英、或玻璃、或陶瓷、或不 銹鋼件。 所述的連續(xù)式碳纖維后處理裝置的變頻電機(jī)能正反方向運轉(zhuǎn)，并且頻率為20-100 赫茲。 所述的連續(xù)式碳纖維后處理裝置的電解糟為絕緣材料。 所述的連續(xù)式碳纖維后處理裝置的石英導(dǎo)管長度為2-8cm。[0009] 有益效果 由于采用了上述的技術(shù)方案，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果本實用新型的管式電熱爐的石英管兩端有石英悶頭，該石英悶頭和電熱爐內(nèi)的石英管緊密連接，不僅可以方便取下穿絲，還使得管式電熱爐內(nèi)的密閉性好。由于管式電熱爐和表面處理機(jī)進(jìn)行了連接，使得碳纖維在進(jìn)行退漿后，可以直接進(jìn)行表面處理、上漿、烘干、收絲等一系列的處理。本實用新型采用的變頻電機(jī)能正反方向運轉(zhuǎn)，能夠簡單調(diào)整碳纖維絲束的傳送方式，這樣就可以實現(xiàn)多種處理方式轉(zhuǎn)變。本實用新型不但可以單獨運行，而且也可以與快速運行的碳纖維生產(chǎn)線配套，從而使得本實用新型應(yīng)用范圍很廣。

圖1是本實用新型連續(xù)式碳纖維后處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本實用新型。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。 本實用新型的實施方式涉及一種連續(xù)式碳纖維后處理裝置，包括串聯(lián)連接的管式電熱爐9和表面處理機(jī)30，其中，表面處理機(jī)30分為上下兩層，下層從左至右依次是電解槽17和水洗槽32，上層是從右至左依次第一槽式電熱爐25、上漿槽24、第二槽式電熱爐23和傳動五輥裝置，該管式電熱爐9的石英管8兩端分別連接第一悶頭7和第二悶頭35，第一悶頭7 —端連接第一石英導(dǎo)管6，該第一石英導(dǎo)管6與管式電熱爐9的爐管平行，第一悶頭7垂直方向還連接第二石英導(dǎo)管2 ;第二悶頭35垂直方向連接第三石英導(dǎo)管34 ;電解糟17內(nèi)是絕緣導(dǎo)輥16，該電解槽17上方是導(dǎo)電輥ll，該導(dǎo)電輥11與直流電源或脈沖電源陽極連接；傳動五輥裝置和變頻電機(jī)連接。所述的連續(xù)式碳纖維后處理裝置的悶頭使用的材料是石英、或玻璃、或陶瓷、或不銹鋼件。所述的連續(xù)式碳纖維后處理裝置的變頻電機(jī)能正反方向運轉(zhuǎn)，并且頻率為20-100赫茲。所述的連續(xù)式碳纖維后處理裝置的電解糟為絕緣材料。所述的連續(xù)式碳纖維后處理裝置的石英導(dǎo)管長度為2-8cm。 如圖1所示，該連續(xù)式碳纖維后處理裝置包含兩個獨立串聯(lián)連接的管式電熱爐9和表面處理機(jī)30，其中表面處理機(jī)30分為上下兩層。管式的電熱爐9的石英管8兩端連接有兩個石英悶頭7和35，悶頭7和石英管8通過磨砂口連接，這樣可以方便的穿絲、檢修，且管式電熱爐內(nèi)的密閉性好。悶頭7的一端有一個石英導(dǎo)管6，管長最好在2-8cm間，用于走絲和排氣，細(xì)長的石英導(dǎo)管的另一個目的在于使氣體緩慢集中流出，保持石英管8中存在特定的氣體氛圍。悶頭7垂直方向有一個石英導(dǎo)管2，管長最好也在2-8cm間，用于通氣，另一端相同位置有一個石英導(dǎo)管34，即可用于通氣，也可用于排氣。其中，悶頭可以是石英、玻璃、陶瓷或不銹鋼件。 從管式電熱爐9出來的碳纖維經(jīng)過石墨導(dǎo)輥12，進(jìn)入電解槽17，其中，石墨導(dǎo)輥在對應(yīng)的位置還有兩個。電解槽17為絕緣材料制成，并且該電解槽17能更換大小，電解液中有兩個絕緣導(dǎo)輥，浸在電解液中的石墨板15為陰極，電解液上方為3個導(dǎo)電輥，導(dǎo)電輥和直流電源或脈沖電源陽極相連。其中導(dǎo)電輥和正極線19連接，石墨板15和負(fù)極線18連接，石墨板15用尼龍袋包裹以防碳纖維掉落在石墨板上造成短路。碳纖維在經(jīng)過電解處理后，在水洗槽32中進(jìn)行五級水洗，接著傳入上層的槽式電熱爐25，進(jìn)行烘干，再在上漿槽內(nèi)24上漿，然后在槽式電熱爐23內(nèi)進(jìn)行烘干，并由傳動五輥裝置帶動碳纖維絲束舒展，最后碳纖維絲束在收絲機(jī)上進(jìn)行收絲。 由此可見，管式電熱爐的石英管兩端有石英悶頭，該石英悶頭和電熱爐內(nèi)的石英管緊密連接，不僅可以方便取下穿絲，還使得管式電熱爐內(nèi)的密閉性好。由于管式電熱爐和表面處理機(jī)進(jìn)行了連接，使得碳纖維在進(jìn)行退漿后，可以直接進(jìn)行表面處理、上漿、烘干、收絲等一系列的處理。由于采用的變頻電機(jī)能正反方向運轉(zhuǎn)，能夠簡單調(diào)整碳纖維絲束的傳送方式，這樣就可以實現(xiàn)多種處理方式轉(zhuǎn)變。 本實用新型可用于退漿處理碳纖維絲束穿過管式電熱爐和傳動五輥裝置，然后進(jìn)行收絲，其中管式電熱爐中通入高純氮氣。碳纖維絲束通過本實用新型的所有流程處理，
碳纖維絲束可以完成進(jìn)行退漿，電化學(xué)處理，再上漿工藝。該實用新型還可以直接和單束碳
纖維生產(chǎn)設(shè)備相連，對碳纖維進(jìn)行陽極氧化處理，如果將陽極氧化處理后，未上槳的絲束通
過管式電熱爐，爐內(nèi)通入氨氣，則可以進(jìn)行酰胺化處理。碳纖維絲束也可以先用傳動五輥裝
置驅(qū)動，導(dǎo)入其下面液槽，浸漬某種溶劑，然后再通過管式電熱爐進(jìn)行加熱處理，以求改善
碳纖維性能。本實用新型有兩個變頻電機(jī)傳動，兩個相對獨立的設(shè)備都應(yīng)該連接地線，以確
保操作者安全。不難發(fā)現(xiàn)，本實用新型不但可以單獨運行，而且也可以與快速運行的碳纖維
生產(chǎn)線配套，從而使得本實用新型應(yīng)用范圍很廣。管式電熱爐出氣口應(yīng)連接廢氣排放和吸
收裝置，以保證操作環(huán)境安全。本實用新型主要工藝參數(shù)如下 管式電熱爐的溫度范圍100-120(TC 管式電熱爐通氣量0. 5-2L/min 直流、脈沖電源工作電壓5-23V 電流0. 5-5. 5A 碳纖維絲束大小1-24K 運行速率10-90m/h 下面提出四個具體的實施例來說明本實用新型的有益效果。 實施例1 :帶有1.2%環(huán)氧樹脂漿料的12K聚丙烯腈基碳纖維，拉伸強(qiáng)度為3.38GPa。以17m/h的速率通過管式電熱爐9和傳動五輥裝置，管式電熱爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在90(TC，通入99.99^高純氮氣，氮氣流量為1L/min。將退槳后的碳纖維在恒溫恒濕室放置24小時后稱重，計算退漿率為約為1.2%。退漿后的碳纖維單絲強(qiáng)度按照國標(biāo)GB/T14337-1993測試，結(jié)果為3. 17GPa，強(qiáng)度僅下降6. 2% 。 實施例2 :拉伸強(qiáng)度為3. 56GPa的6K未上漿聚丙烯腈基碳纖維絲束，先通過傳動五輥裝置導(dǎo)入下面的電解槽，其中，電解槽換成較小的盛有液溴的容器，室溫下浸漬液溴，速度為30m/h，然后收絲用薄膜包覆。放置3小時后的碳纖維絲束在以30m/h的速率經(jīng)過通入高純氮氣的電熱爐，電熱爐的溫度為40(TC，氮氣流速為1L/min，用以將碳纖維上的液溴除去。碳纖維單絲強(qiáng)度按照國標(biāo)GB/T14337-1993測試，為4. 72GPa，提高了 32.6%。[0027] 實施例3 :已退漿的12K聚丙烯腈基碳纖維絲束，從電解槽17前面放絲進(jìn)行陽極氧化處理，速率為17m/h，電流為5A，電解質(zhì)為5X (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的碳酸氫銨，絲束在電解質(zhì)
5中的停留時間為2. 5分鐘，陽極處理后的碳纖維在去離子水溶液中進(jìn)行五級水洗，然后經(jīng)過兩個200°C的槽式電熱爐烘干，經(jīng)過傳動五輥裝置向下導(dǎo)入600°C電熱爐中，電熱爐中通入流量為0. 8L/min的氨氣，對經(jīng)過陽極氧化處理的碳纖維進(jìn)行胺化處理。將表面處理的碳纖維與尼龍6樹脂在雙螺桿中擠壓混合，然后造粒，注塑成復(fù)合板材，按照GB/T3357-1982測試，測試的層間剪切強(qiáng)度結(jié)果為87. 8MPa。 在相同條件下，未表面處理和陽極氧化的碳纖維與尼龍6復(fù)合后的層間剪切強(qiáng)度分別為80. 7MPa和97. 6MPa，顯然，層間剪切強(qiáng)度分別提高8. 8%和20. 9%。[0029] 實施例4 :未上漿的3K聚丙烯腈基碳纖維，通過傳動五輥裝置導(dǎo)入IIO(TC的管式電熱爐，停留時間為30s，管內(nèi)通入的氮氣中含有1.5%體積分?jǐn)?shù)的氧氣。碳纖維單絲處理前后強(qiáng)度按照國標(biāo)GB/T14337-1993測試，分別為3. 27GPa和3. 02GPa，表面處理后強(qiáng)度損失7.6%。環(huán)氧樹脂618及固化劑三乙烯四胺以1 : 0.35的比例混合，分別和表面處理前后的碳纖維單絲做微脫粘實驗，測試復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度。每組做30個樣品取平均值，測出表面處理前后的界面剪切強(qiáng)度分別為27. 2MPa，40. 6MPa，表面處理后界面剪切強(qiáng)度提高了 49. 3%。
權(quán)利要求一種連續(xù)式碳纖維后處理裝置，包括串聯(lián)連接的管式電熱爐(9)和表面處理機(jī)(30)，其中，所述的表面處理機(jī)(30)分為上下兩層，下層從左至右依次是電解槽(17)和水洗槽(32)，上層從右至左依次是第一槽式電熱爐(25)、上漿槽(24)、第二槽式電熱爐(23)和傳動五輥裝置，其特征是，所述的管式電熱爐(9)的石英管(8)兩端分別連接第一悶頭(7)和第二悶頭(35)，所述的第一悶頭(7)一端連接第一石英導(dǎo)管(6)，所述的第一石英導(dǎo)管(6)與管式電熱爐(9)的石英管(8)平行，所述的第一悶頭(7)垂直方向還連接第二石英導(dǎo)管(2)；所述的第二悶頭(35)垂直方向連接第三石英導(dǎo)管(34)；所述的電解糟(17)內(nèi)是絕緣導(dǎo)輥(16)，所述的電解槽(17)上方是導(dǎo)電輥(11)，所述的導(dǎo)電輥(11)與直流電源或脈沖電源陽極連接；所述的傳動五輥裝置和變頻電機(jī)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)式碳纖維后處理裝置，其特征是，所述的悶頭使用的材 料是石英、或玻璃、或陶瓷、或不銹鋼件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)式碳纖維后處理裝置，其特征是，所述的變頻電機(jī)能正 反方向運轉(zhuǎn)，并且頻率為20-100赫茲。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的連續(xù)式碳纖維后處理裝置，其特征是，所述的電解糟(17)為 絕緣材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)式碳纖維后處理裝置，其特征是，所述的石英導(dǎo)管長度 為2-8cm。
專利摘要本實用新型涉及一種連續(xù)式碳纖維后處理裝置。該裝置包括串聯(lián)連接的管式電熱爐和表面處理機(jī)，其中，表面處理機(jī)分為上下兩層。管式電熱爐的石英管兩端連接兩個悶頭，悶頭上有兩個石英導(dǎo)管，分別走絲和連接所需氣體。表面處理機(jī)以碳纖維作為陽極，并和直流電源或脈沖電源連接。該處理裝置可對碳纖維進(jìn)行退漿、多種方式表面處理及上漿，還可以和碳纖維生產(chǎn)線連接，操作安全、穩(wěn)定，表面處理效果好。經(jīng)過表面處理后的碳纖維增強(qiáng)尼龍的層間剪切強(qiáng)度和碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的界面剪切強(qiáng)度及其它性能均有較大提高。
文檔編號D06M11/60GK201520917SQ20092021072
公開日2010年7月7日 申請日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者呂永根, 張艷霞, 李剛, 楊常玲, 王力勇 申請人:東華大學(xué)