專利名稱：連續(xù)碳纖維表面處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于改善碳纖維表面活性的表面處理裝置。
碳纖維及其復(fù)合材料不僅已廣泛用于航天航空等尖端技術(shù)領(lǐng)域，而且也是民用工業(yè)更新?lián)Q代的新型材料。但是，由于碳纖維的比表面積小，表面活性低，與基體樹脂復(fù)合時(shí)表面呈現(xiàn)出憎液性，導(dǎo)致兩相界面粘接不良，層間剪切強(qiáng)度(ILSS)低，影響了它的應(yīng)用范圍。對碳纖維進(jìn)行表面處理的目的是提高碳纖維的表面活性，使其由憎液性變?yōu)橛H液性，促使兩相界面良好的粘接，從而使ILSS得到提高。碳纖維表面處理方法較多，有陽極電解氧化法、等離子氧化刻蝕法、氣相氧化法和液相氧化法等。陽極電解氧化法的工藝和設(shè)備復(fù)雜，電解質(zhì)易污染纖維。等離子氧化刻蝕法需高真空設(shè)備，在線配套使用困難。液相氧化法所需時(shí)間長，在線配套使用困難更大。氣相氧化法如申請人86年申請的中國專利8610883.9提供一種臭氧氧化法的碳纖維表面處理工藝及設(shè)備，處理效果顯著，可使ILSS大幅度提高，其缺點(diǎn)是由于表面處理爐采用外加熱結(jié)構(gòu)，而臭氧的穩(wěn)定性對溫度又特別敏感，致使部分臭氧未與碳纖維表面接觸就分解了，臭氧得不到充分利用，氧化程度較緩和，且處理裝置的結(jié)構(gòu)仍然復(fù)雜，與快速運(yùn)行的碳纖維生產(chǎn)線在線配套使用有一定困難。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種內(nèi)加熱結(jié)構(gòu)，能夠在線配套使用的快速連續(xù)碳纖維表面處理裝置。
本實(shí)用新型的碳纖維表面處理裝置包括兩個(gè)串聯(lián)連接的表面處理爐，在表面處理爐內(nèi)橫向布置有紫外光反射板、紫外燈及氣體分布管，氣體分布管與爐體外的臭氧發(fā)生器連接，處理爐兩邊和中間設(shè)有導(dǎo)電輥，導(dǎo)電輥與電流脈沖發(fā)生器連接。
本實(shí)用新型的碳纖維表面處理裝置可與快速運(yùn)行的碳纖維生產(chǎn)線配套，該裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)1.碳纖維表面處理爐不采用外加熱結(jié)構(gòu)，因此操作安全且節(jié)省能源；2.碳纖維通電后本身發(fā)熱，從而使其表面吸附的水分等以氣體方式排除，有利于氧化效果的改善；3.采用二次臭氧發(fā)生方法，使處理爐內(nèi)的臭氧含量更高，表面處理效果更好，碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度及其它性能有較大提高。
下面通過提供的附圖
對本實(shí)用新型及其實(shí)施例作詳細(xì)說明。
附圖所示為根據(jù)本實(shí)用新型提出的碳纖維表面處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1是處理爐支撐臺，2是支座Ⅰ，3是下調(diào)節(jié)板，4是導(dǎo)輥?zhàn)?是碳纖維，6是高溫炭化爐出口牽伸輥，7是壓輥，8是導(dǎo)電輥，9是上調(diào)節(jié)板，10是堵板，11是表面處理爐Ⅰ，12是拉手，13是壓輥，14是導(dǎo)電輥，15是表面處理爐Ⅱ，16是紫外光反射板，17是固定圈，18是夾片，19是燈座，20是壓輥，21是收絲機(jī)，22是導(dǎo)電輥，23是紫外燈，24是氣體分布管，25是支座Ⅱ，26是臭氧發(fā)生器。
該碳纖維表面處理裝置包括2個(gè)獨(dú)立的串聯(lián)連接的表面處理爐11和15，爐體由支撐臺1及支座2和25支撐。爐體內(nèi)橫向布置有紫外光反射板16、紫外燈管23及臭氧氣體分布管24，該氣體分布管與安裝在爐體外的臭氧發(fā)生器26連接，使臭氧得以均勻分布于爐體內(nèi)。爐體外的導(dǎo)輥?zhàn)?上安裝有壓輥7、13、20及導(dǎo)電輥8、14和22，壓輥將碳纖維5壓在導(dǎo)電輥上，導(dǎo)電輥與外部供電的電流發(fā)生器連接，通過與碳纖維的接觸向碳纖維輸出脈沖電流或恒定電流。處理爐為可以翻蓋的封閉容器，蓋上有拉手12。處理爐的進(jìn)出口端設(shè)有上下調(diào)節(jié)板3和9，可以很方便地穿絲和調(diào)節(jié)、檢修設(shè)備。
本實(shí)用新型可直接與碳纖維生產(chǎn)裝置連接，使其連續(xù)通過本裝置之后由收絲機(jī)收絲。本裝置所用之電路部分可采用經(jīng)典電路完成。碳纖維所經(jīng)過的走絲通道除導(dǎo)電輥外全部采用絕緣體或經(jīng)絕緣處理的構(gòu)件，其目的是防止表面處理爐內(nèi)運(yùn)行的碳纖維斷頭絲因下垂而與構(gòu)件接觸造成的短路，同時(shí)，通電系統(tǒng)應(yīng)有良好的地線，以確保人身安全。爐內(nèi)所設(shè)計(jì)的紫外光反射板可以是經(jīng)高度拋光的不銹鋼件，或高度拋光的鋁件，亦可是有鍍層的玻璃件。所述的紫外燈可以是普通紫外燈，最好是波長為1700－2100A的特制紫外燈，后者效果更好。本實(shí)用新型的處理裝置主要工藝參數(shù)如下工作電壓8－30VTm 10－100sTn 10－80s.
Im 0.05－0.5A氣體流量Q0.1－0.4m3／h碳纖維處理絲束數(shù)1－200束運(yùn)行速度60－100m／h實(shí)施例1抗拉強(qiáng)度為2880MPa的1K聚丙烯腈基碳纖維100束，以70米／時(shí)速度連續(xù)通過表面處理爐11和15，通過電源電流調(diào)節(jié)器(未畫出)向表面處理爐內(nèi)的碳纖維施加脈沖電壓15V和脈沖電流8A，脈沖的特性值為tm＝20s，tn＝20s，Im＝0.08A，氧氣流重為0.15m3／h，臭氧含量為1.44％(V)，脈沖通電時(shí)碳纖維表面溫度為130℃，脈沖斷電時(shí)表面溫度為40℃。
表面處理后的碳纖維與環(huán)氧樹脂AG－80以及固化劑DDS制成單向復(fù)合材料板材，按照GB3357－82測其ILSS為85.2MPa，CV值為5.5％，在同樣條件下，未經(jīng)表面處理碳纖維的ILSS為59.40MPa，CV值5.6％。ILSS提高幅度為43.4％。
實(shí)施例2聚丙烯腈基碳纖維，100束的平均抗拉強(qiáng)度為329MPa，經(jīng)過牽伸輥6連續(xù)通過表面處理爐，速度為70米／時(shí)，通過電流電壓調(diào)節(jié)儀(圖中未畫出)經(jīng)導(dǎo)電輥14和8、22對表面處理爐11和15中的碳纖維施加15伏電壓，這時(shí)的電流為8A，碳纖維的表面溫度為100℃，與此同時(shí)，氧氣經(jīng)干燥和流量計(jì)計(jì)量后進(jìn)入臭氧發(fā)生器26，流量為0.15m3／h，含臭氧量為1.44％(V)，并開紫外燈23。經(jīng)上述處理過的碳纖維，與四官能團(tuán)環(huán)氧樹脂AG－80及固化劑DDS制成單向復(fù)合材料板材，按GB3357－82進(jìn)行層間剪切強(qiáng)度測試，結(jié)果為90.1MPa，CV值為2.67％。
在同樣條件下，只是不開臭氧發(fā)生器，不開紫外燈和不通電加熱，所測ILSS為58.0MPa，CV值為16.9％，顯然，經(jīng)表面處理后，ILSS的提高幅度為55.3％，分散性顯著降低。
實(shí)施例3抗拉強(qiáng)度為3386MPa的1k碳纖維100束，施加電壓20V，電流為10A，碳纖維表面溫度為110℃，其他條件同實(shí)施例1。所測ILSS為93.2MPa，CV值為2.45％，提高幅度為60.7％。
權(quán)利要求1.一種碳纖維表面處理裝置，包括兩個(gè)串聯(lián)連接的表面處理爐(11)和(15)，其特征是在表面處理爐內(nèi)橫向布置有紫外光反射板(16)、紫外燈(23)及氣體分布管(24)，氣體分布管與爐體外的臭氧發(fā)生器(26)連接，處理爐兩邊及中間有導(dǎo)電輥(8)、(14)和(22)，導(dǎo)電輥與電流脈沖發(fā)生器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的處理裝置，其特征是所述的紫外光反射板可以是經(jīng)高度拋光的不銹鋼件、鋁件，亦可以是有鍍層的玻璃件。
3.如權(quán)利要求1所述的處理裝置，其特征是所述的紫外燈可以是普通紫外燈，最好是波長為1700－2100A的紫外燈。
4.如權(quán)利要求1－3所述的處理裝置，其特征是走絲通道除導(dǎo)電輥外的其它部件均為絕緣體或經(jīng)絕緣處理的部件。
專利摘要本實(shí)用新型是一種碳纖維表面處理裝置，包括兩個(gè)串聯(lián)連接的表面處理爐，在表面處理爐內(nèi)橫向布置有紫外光反射板、紫外燈及氣體分布管，氣體分布管與爐體外的臭氧發(fā)生器連接，處理爐外有導(dǎo)電輥，導(dǎo)電輥與電流脈沖發(fā)生器連接。該處理裝置可與快速運(yùn)行的碳纖維生產(chǎn)線連接，操作安全且節(jié)省能源。采用二次臭氧發(fā)生方法，使處理爐內(nèi)的臭氧含量更高，表面處理效果更好，碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度及其它性能均有較大提高。
文檔編號D01F9/12GK2214421SQ9422091
公開日1995年12月6日 申請日期1994年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月22日
發(fā)明者賀福, 李潤民, 王潤娥, 楊永崗, 李東升, 趙建國 申請人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所