一種碳纖維表面處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種碳纖維表面處理方法，主要應(yīng)用于碳纖維生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中的碳纖維表面處理工藝。
【背景技術(shù)】
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[0002]由于碳纖維具有高彈性模量、高比強(qiáng)度和優(yōu)良的耐熱性，因而與高聚物復(fù)合可得到力學(xué)性能極為優(yōu)異的復(fù)合材料，已被廣泛應(yīng)用于航空、航天、運(yùn)動(dòng)器材、民用漁具等方面。然而未處理的碳纖維表面十分光滑，比表面積小，表現(xiàn)出憎水性，因此與高聚物的界面結(jié)合較差，致使復(fù)合材料強(qiáng)度不高，碳纖維的優(yōu)越性能沒(méi)有得到有效利用。所以在碳纖維與樹(shù)脂復(fù)合以前，有必要對(duì)其表面進(jìn)行處理，來(lái)改善纖維與基體的界面結(jié)合，從而提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。
[0003]有關(guān)碳纖維表面處理的方法很多，其中低溫等離子體技術(shù)是從上個(gè)世紀(jì)60年代才開(kāi)始的一門新的材料表面處理技術(shù)。該技術(shù)是一種干式工藝，具有節(jié)省能源、無(wú)公害等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足環(huán)境保護(hù)的要求；處理時(shí)間短，效率高；與放射線處理、電子束處理等其它干式工藝相比，其獨(dú)特之處在于等離子體表面處理的作用深度僅涉及距離材料表面幾納米到幾百納米范圍內(nèi)，只改變了材料表面的物理和化學(xué)特性，而材料本身特性并沒(méi)有改變。這些優(yōu)點(diǎn)使低溫等離子體技術(shù)成為改善復(fù)合材料界面結(jié)合效果的一個(gè)重要手段。但是，目前所研究的低溫等離子體碳纖維表面處理工藝方法主要是在真空條件下，這種方式無(wú)法在碳纖維表面處理環(huán)節(jié)上實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。因此，尋求新型高效節(jié)能，在常壓下能連續(xù)不間斷處理碳纖維表面的低溫等離子技術(shù)勢(shì)在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明目的在于提供一種碳纖維表面處理方法，在一個(gè)大氣壓的環(huán)境下，利用氮?dú)庾鳛樘祭w維表面處理介質(zhì)，使低溫等離子體放電更加均勻，避免使用空氣有絲束狀放電，減少低溫等離子體在處理過(guò)程中對(duì)碳纖維基體的損傷，使用低溫等離子體對(duì)碳纖維表面進(jìn)行處理，達(dá)到提高碳纖維表面活性，增強(qiáng)其復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，達(dá)到可以24小時(shí)連續(xù)不間斷的生產(chǎn)目的。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明進(jìn)行如下內(nèi)容:
[0006]在一個(gè)大氣壓的環(huán)境下，使用氮?dú)庾鳛樘祭w維表面處理介質(zhì)，產(chǎn)生低溫等離子體，對(duì)運(yùn)動(dòng)中的碳纖維絲束表面進(jìn)行低溫等離子體轟擊。低溫等離子體為射流型低溫等離子體；碳纖維絲束運(yùn)行速度60?150m/h ;碳纖維處理工作環(huán)境溫度范圍_10°C?50°C ;碳纖維與等離子體發(fā)射裝置之間的間隙為5?15mm ;碳纖維表面處理環(huán)境濕度30%?90% ;碳纖維表面處理功率范圍1000?1600W/束絲；低溫等離子體碳纖維表面處理溫度30°C?100。。。
[0007]在一個(gè)大氣壓條件下，利用射流型低溫等離子體的方法，使用氮?dú)鉃楣ぷ鹘橘|(zhì)，使等離子體放電更加均勻，避免絲束狀放電，對(duì)碳纖維表面進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)不間斷處理，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)需求。目前所研究的低溫等離子體碳纖維表面處理方法都是在一定真空條件下進(jìn)行的，這種方法無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)24小時(shí)連續(xù)不間斷工作，工作效率極低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)大型工業(yè)化生產(chǎn)的需要，并且這種設(shè)備的使用和操作都相對(duì)麻煩，對(duì)工人的操作技能要求極高。而使用射流型低溫等離子體可以在一個(gè)大氣壓的條件下對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理，這種方法工序簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，對(duì)工人的操作技能要求相對(duì)較低，有利于大型工業(yè)化生產(chǎn)。使用射流型低溫等離子體對(duì)碳纖維表面進(jìn)行處理，使碳纖維表面的活性極性官能團(tuán)含量增加，碳纖維表面的溝槽加深，比表面積增加，提高其復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度。同時(shí)，這種方法有利于節(jié)省能源，降低能耗，清潔無(wú)污染，更加符合當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的需要。
[0008]目前，射流型低溫等離子體技術(shù)主要應(yīng)用玻璃和金屬平板處理、橡膠制品的處理、塑料板的表面處理、不銹鋼薄板對(duì)焊處的焊前處理、汽車剎車塊表面處理、汽車車窗玻璃封條表面處理、汽車雨刷器膠條表面處理。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的低溫等離子體碳纖維表面處理裝置原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面舉實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明有關(guān)本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不局限于如下所述的實(shí)施例。
[0011]實(shí)施例1
[0012]使用圖1所示的低溫等離子體裝置對(duì)碳纖維表面進(jìn)行處理。在一個(gè)大氣壓的環(huán)境下，使用氮?dú)庾鳛樘祭w維表面處理介質(zhì)，產(chǎn)生低溫等離子體，對(duì)運(yùn)動(dòng)中的碳纖維絲束表面進(jìn)行低溫等離子體轟擊。低溫等離子體為射流型低溫等離子體。碳纖維絲束運(yùn)行速度90m/h ；碳纖維處理工作環(huán)境溫度25°C ;碳纖維絲束2與射流低溫等離子體發(fā)射裝置I之間的間隙為8mm ;碳纖維表面處理環(huán)境濕度60% ;碳纖維表面處理功率范圍1000W/束絲；低溫等離子體碳纖維表面處理溫度80°C。碳纖維表面極性官能團(tuán)(主要是-0H，-C=O, -COOH)總含量為22.32%，層間剪切強(qiáng)度為90MPa。
[0013]實(shí)施例2
[0014]使用圖1所示的低溫等離子體裝置對(duì)碳纖維表面進(jìn)行處理。在一個(gè)大氣壓的環(huán)境下，使用氮?dú)庾鳛樘祭w維表面處理介質(zhì)，產(chǎn)生低溫等離子體，對(duì)運(yùn)動(dòng)中的碳纖維絲束表面進(jìn)行低溫等離子體轟擊。低溫等離子體為射流型低溫等離子體。碳纖維絲束運(yùn)行速度90m/h ;碳纖維處理工作環(huán)境溫度25V ;碳纖維與等離子體發(fā)射裝置之間的間隙為8mm ;碳纖維表面處理環(huán)境濕度60% ;碳纖維表面處理功率范圍1400W/束絲；低溫等離子體碳纖維表面處理溫度80°C。碳纖維表面極性官能團(tuán)(主要是-0H，-C=O, -C00H)總含量為23.2%，層間剪切強(qiáng)度為10MPa。
[0015]實(shí)施例3
[0016]使用圖1所示的低溫等離子體裝置對(duì)碳纖維表面進(jìn)行處理。在一個(gè)大氣壓的環(huán)境下，使用氮?dú)庾鳛樘祭w維表面處理介質(zhì)，產(chǎn)生低溫等離子體，對(duì)運(yùn)動(dòng)中的碳纖維絲束表面進(jìn)行低溫等離子體轟擊。低溫等離子體為射流型低溫等離子體。碳纖維絲束運(yùn)行速度90m/h ;碳纖維處理工作環(huán)境溫度25V ;碳纖維與等離子體發(fā)射裝置之間的間隙為8mm ;碳纖維表面處理環(huán)境濕度60% ;碳纖維表面處理功率范圍1600W/束絲；低溫等離子體碳纖維表面處理溫度80°C。碳纖維表面極性官能團(tuán)(主要是-OH，-C=O, -C00H)總含量為23.1%，層間剪切強(qiáng)度為105MPa。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳纖維表面處理方法，其特征在于:在一個(gè)大氣壓的環(huán)境下，使用氮?dú)庾鳛樘祭w維表面處理介質(zhì)，產(chǎn)生低溫等離子體，對(duì)運(yùn)動(dòng)中的碳纖維絲束表面進(jìn)行離子轟擊。
2.權(quán)利要求1所述的碳纖維表面處理方法，其特征在于:其中的低溫等離子體為射流型低溫等離子體。
3.權(quán)利要求1所述的碳纖維表面處理方法，其特征在于:其中的碳纖維絲束運(yùn)行速度60 ?150m/h。
4.權(quán)利要求1所述的碳纖維表面處理方法，其特征在于:其中的碳纖維處理工作環(huán)境溫度范圍-10°C?50°C。
5.權(quán)利要求1所述的碳纖維表面處理方法，其特征在于:其中的碳纖維與等離子體發(fā)射裝置之間的間隙為5?15mm。
6.權(quán)利要求1所述的碳纖維表面處理方法，其特征在于:其中的碳纖維表面處理環(huán)境濕度30?90%。
7.權(quán)利要求1所述的碳纖維表面處理方法，其特征在于:其中的碳纖維表面處理功率范圍1000?1600W/束絲。
8.權(quán)利要求1所述的碳纖維表面處理方法，其特征在于:其中的低溫等離子體碳纖維表面處理溫度30°C?100°C。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種碳纖維表面處理方法；其特點(diǎn)為：在一個(gè)大氣壓的環(huán)境下，使用氮?dú)庾鳛樘祭w維表面處理介質(zhì)，產(chǎn)生低溫等離子體，對(duì)運(yùn)動(dòng)中的碳纖維絲束表面進(jìn)行離子轟擊；本方法使碳纖維表面的活性極性官能團(tuán)含量增加，碳纖維表面的溝槽加深，比表面積增加，提高了其復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度，節(jié)省能源，降低能耗，清潔無(wú)污染。
【IPC分類】D06M10-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104631091
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310552131
【發(fā)明人】劉兆政, 肖建文, 王文勝
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油天然氣股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2013年11月8日