本申請涉及短切碳纖維制造，具體而言，涉及一種短切碳纖維的制備方法以及制造裝置。

背景技術(shù)：

1、碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料(簡稱cfrtp)具有韌性好、耐疲勞、耐高溫、成型周期短以及易回收再利用等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于航天航空、軍工、汽車、體育用品等領(lǐng)域。從增強方式看，cfrtp分為長切碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料、短切碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料和連續(xù)碳纖維增強復(fù)合材料。其中，短切碳纖維是將擁有高強度、高模量的碳纖維長絲集束后再按規(guī)定長度切割制成，相較于碳纖維長絲，具有在基體材料中分布更為均勻的優(yōu)勢，同時，短切碳纖維還具有機械強度較高以及密度較小等優(yōu)勢。但是，現(xiàn)有制備工藝制備得到的短切碳纖維存在不耐高溫且難以和熱塑性基體材料牢固結(jié)合的問題，導(dǎo)致短切碳纖維的應(yīng)用和推廣受到影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請的目的在于提供一種短切碳纖維的制備方法以及制造裝置，制備得到的短切碳纖維能夠耐高溫且能夠與熱塑性基體材料牢固結(jié)合。

2、本申請的實施例是這樣實現(xiàn)的：

3、第一方面，本申請實施例提供一種短切碳纖維的制備方法，包括以下步驟：提供連續(xù)的成品碳纖維束，碳纖維束的表面為熱固性涂層；對碳纖維束依次進行加捻處理、去膠處理、施膠處理、預(yù)烘干處理、分切處理以及烘干處理，得到短切碳纖維；其中，施膠處理的步驟中，施膠劑為熱塑性樹脂。

4、目前，市售的碳纖維束的表面通常都是熱固性涂層(即環(huán)氧樹脂類上漿劑涂覆以后固化而成)，短切碳纖維則是由相應(yīng)的市售碳纖維束分切而成。一方面，由于環(huán)氧樹脂類上漿劑形成的涂層不耐高溫，導(dǎo)致相應(yīng)的短切碳纖維難以滿足高溫加工要求；另一方面，環(huán)氧樹脂類上漿劑形成的涂層雖然可以和環(huán)氧樹脂類基體穩(wěn)定結(jié)合，但是難以和熱塑性樹脂類基體穩(wěn)定結(jié)合。本申請中，研究人員在加捻處理后先對碳纖維束進行去膠處理，以去除碳纖維材料表面自帶的環(huán)氧樹脂類熱固性涂層，然后再通過施膠處理在碳纖維材料的表面重新施加熱塑性涂層，該制備方法制備得到的短切碳纖維能夠耐高溫且能夠與熱塑性基體材料牢固結(jié)合。

5、在一些可選的實施方案中，去膠處理的步驟包括：將加捻處理后的碳纖維束置于去膠劑中浸潤，去膠劑包括丙酮；或者，將加捻處理后的碳纖維束置于熱解爐中進行熱處理，熱處理的溫度為250～450℃。

6、上述技術(shù)方案中，通過將碳纖維束在去膠劑中浸泡或者在熱解爐中進行熱處理的方式均能有效去除碳纖維材料表面自帶的環(huán)氧樹脂類熱固性涂層，其中，對去膠劑的成分進行限定以及對熱處理的溫度進行限定，均有助于提高去膠效果。

7、在一些可選的實施方案中，去膠劑包括丙酮和二氯甲烷。

8、可選地，丙酮和二氯甲烷的體積比為(2～4)：1。

9、上述技術(shù)方案中，將丙酮和二氯甲烷的混合體系作為去膠劑，能夠發(fā)揮更好的去膠效果。

10、進一步地，將丙酮和二氯甲烷的體積比限定在特定范圍內(nèi)，更有助于提高去膠劑的去膠效果。

11、在一些可選的實施方案中，熱處理的溫度為300～400℃。

12、上述技術(shù)方案中，進一步地將熱處理的溫度限定在更為優(yōu)異的范圍內(nèi)，能夠在通過熱解法去膠的過程中發(fā)揮更好的去膠效果。

13、在一些可選的實施方案中，施膠劑的固含量為1～10％。

14、可選地，施膠劑的固含量為4～8％。

15、上述技術(shù)方案中，將施膠劑的固含量限定在特定范圍內(nèi)，能夠取得較好的集束效果，同時，還能在固化以后得到厚度適宜且厚度均一性較好的熱塑性涂層。

16、在一些可選的實施方案中，加捻處理的步驟中，加捻的規(guī)格為10～50個/m。

17、可選地，加捻處理的步驟中，加捻的規(guī)格為20～40個/m。

18、上述技術(shù)方案中，逐級地將加捻的規(guī)格限定在特定范圍內(nèi)，有助于去膠劑和施膠劑對碳纖維束進行浸潤，從而取得較好的去膠效果以及施膠效果，同時，還能起到較好的集束效果。

19、在一些可選的實施方案中，分切處理的步驟中，分切方式為龍門式或旋轉(zhuǎn)式。

20、可選地，所述分切方式為龍門式。

21、可選地，分切速度為0.1～2m/min。

22、上述技術(shù)方案中，采用龍門式或旋轉(zhuǎn)式的分切方式均能起到較好的分切效果，其中，龍門式的分切方式相較于旋轉(zhuǎn)式的分切方式能夠取得更好的分切效果。

23、進一步地，將分切速度控制在特定范圍內(nèi)，能夠使得對應(yīng)的生產(chǎn)線擁有適宜的生產(chǎn)速率，進而使得各個工段均有較為適宜的處理時長，以得到品質(zhì)更好的短切碳纖維。

24、在一些可選的實施方案中，預(yù)烘干處理的步驟中，預(yù)烘干設(shè)備為蒸汽加熱式烘干輥，且處理溫度為100～250℃，處理壓力為0.3～0.6mpa。

25、可選地，處理溫度為180～220℃，處理壓力為0.5～0.6mpa。

26、上述技術(shù)方案中，逐級地將預(yù)烘干處理中的處理溫度以及處理壓力限定在特定范圍內(nèi)，以使得碳纖維束表面的漿料經(jīng)過預(yù)烘干以后具有適宜的固化程度，從而便于后續(xù)進行分切處理且還能得到品質(zhì)較高的短切碳纖維(固化程度較低，分切時涂層容易與分切設(shè)備粘接，影響分切效率以及分切效果；固化程度過高、分切時容易出現(xiàn)涂層破碎，導(dǎo)致產(chǎn)品良率降低)。

27、在一些可選的實施方案中，烘干處理的步驟中，烘干設(shè)備為隧道式熱解爐，且處理溫度為200～300℃，輸送速度為0.1～5m/min。

28、可選地，處理溫度為250～300℃，輸送速度為0.5～2m/min。

29、上述技術(shù)方案中，逐級地將烘干處理中的處理溫度以及輸送速度限定在特定范圍內(nèi)，以提供較為適宜的烘干條件，從而取得較好的干燥效果。

30、第二方面，本申請實施例提供一種短切碳纖維的制造裝置，適用于如第一方面實施例提供的制備方法，沿碳纖維束的輸送方向，包括依次設(shè)置的退絲架、去膠槽或熱解爐、施膠槽、干燥輥、分切機以及烘干爐。

31、上述技術(shù)方案中，采用特定形式的短切碳纖維的制造裝置，能夠結(jié)合第一方面實施例提供的制備方法制備得到耐高溫且能夠與熱塑性基體材料牢固結(jié)合的短切碳纖維。

技術(shù)特征：

1.一種短切碳纖維的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述去膠處理的步驟包括：將加捻處理后的所述碳纖維束置于去膠劑中浸潤，所述去膠劑包括丙酮；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述去膠劑包括丙酮和二氯甲烷；

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述熱處理的溫度為300～400℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述施膠劑的固含量為1～10％；

6.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述加捻處理的步驟中，加捻的規(guī)格為10～50個/m；

7.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述分切處理的步驟中，分切方式為龍門式或旋轉(zhuǎn)式；

8.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述預(yù)烘干處理的步驟中，預(yù)烘干設(shè)備為蒸汽加熱式烘干輥，且處理溫度為100～250℃，處理壓力為0.3～0.6mpa；

9.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述烘干處理的步驟中，烘干設(shè)備為隧道式熱解爐，且處理溫度為200～300℃，輸送速度為0.1～5m/min；

10.一種短切碳纖維的制造裝置，其特征在于，適用于如權(quán)利要求1～9中任一項所述的制備方法，沿碳纖維束的輸送方向，包括依次設(shè)置的退絲架、去膠槽或熱解爐、施膠槽、干燥輥、分切機以及烘干爐。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N短切碳纖維的制備方法以及制造裝置，屬于短切碳纖維制造技術(shù)領(lǐng)域。短切碳纖維的制備方法包括以下步驟：提供連續(xù)的成品碳纖維束，碳纖維束的表面為熱固性涂層；對碳纖維束依次進行加捻處理、去膠處理、施膠處理、預(yù)烘干處理、分切處理以及烘干處理，得到短切碳纖維；其中，施膠處理的步驟中，施膠劑為熱塑性樹脂，該方法制備得到的短切碳纖維能夠耐高溫且能夠與熱塑性基體材料牢固結(jié)合。

技術(shù)研發(fā)人員：李韋,劉磊,項奕川,蔣文龍
受保護的技術(shù)使用者：中復(fù)神鷹碳纖維股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/21