碳纖維表面處理裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于對纖維及纖維制品進行處理領(lǐng)域，特別是涉及一種碳纖維表面處理裝置，以解決纖維束內(nèi)外層單絲氧化程度不均的問題。為解決該技術(shù)問題，本實用新型的碳纖維表面處理裝置中還設(shè)置有可對進入電解液之前和/或之后的纖維束提供沖擊力的擴幅裝置，隨輸送裝置向前運動的纖維束是會聚成束的，會聚成束的纖維束直接進入電解液中會因底層纖維絲與電解液接觸不充分而不能充分被氧化，而擴幅裝置提供的沖擊力有利于使成束的纖維絲平鋪分散，從而增大纖維束與電解液接觸面積，有利于促進內(nèi)層纖維絲被氧化，使纖維束內(nèi)外層的單絲被均勻氧化。
【專利說明】
碳纖維表面處理裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于對纖維及纖維制品進行處理領(lǐng)域，特別是涉及一種碳纖維表面處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維具有高模量、高導(dǎo)電性及高導(dǎo)熱性等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于運載火箭、航空航天及人造衛(wèi)星等高尖端領(lǐng)域。碳纖維主要作為復(fù)合材料的增強體使用，其表面活性直接影響著復(fù)合材料界面粘接性能。經(jīng)高溫碳化或石墨化熱處理后，碳纖維表面光滑、表面能低、呈現(xiàn)出較強的憎水性，導(dǎo)致纖維與樹脂基體界面結(jié)合強度低，直接影響到制成的復(fù)合材料難以發(fā)揮出優(yōu)異的物理化學(xué)性能。因此在復(fù)合材料生產(chǎn)之前需要先對碳纖維進行表面處理，以在碳纖維表面引入活性含氧官能團，提高碳纖維與樹脂基體的粘接強度。目前，可用于工業(yè)配套生產(chǎn)的表面處理方法主要有氣相氧化法和陽極電解氧化法。氣相氧化法的操作彈性窄、調(diào)控難度大、穩(wěn)定性差，直接影響了氣相氧化法在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。而陽極電解氧化法的氧化反應(yīng)緩和、易于調(diào)控，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。
[0003]陽極電解氧化法即是將纖維束與電源正極電連接，在酸性或堿性電解質(zhì)溶液中對碳纖維進而表面氧化處理。中國專利CN105297395A公開了一種液相等離子體連續(xù)處理碳纖維表面的方法及處理裝置，該專利所公開的技術(shù)方案中，電解槽中于電解液的液面以下平行地設(shè)有陰、陽電極，兩電極之間的區(qū)域為等離子弧區(qū)，碳纖維束在由放線機、收線機、壓輪及電機組成的輸送裝置的帶動下連續(xù)地穿過上述等離子弧區(qū)，使纖維表面與電解反應(yīng)生成的新生態(tài)氧或羥基自由基等發(fā)生氧化還原反應(yīng)而完成表面改性，以增加碳纖維表面的不規(guī)則碳的含量。在上述技術(shù)方案中，由于碳纖維表面的強憎水性，當(dāng)纖維束進入電解槽時，內(nèi)層的纖維絲不能快速被電解液潤濕，進而造成了外層纖維絲被過度氧化或充分氧化而內(nèi)層纖維絲氧化不充分或是不能被氧化，導(dǎo)致纖維束內(nèi)外層單絲氧化程度不均。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種碳纖維表面處理裝置，以解決纖維束內(nèi)外層單絲氧化程度不均的問題。
[0005]為解決該技術(shù)問題，本實用新型的碳纖維表面處理裝置采用以下技術(shù)方案:
[0006]碳纖維表面處理裝置，包括電解槽及用于輸送纖維束的輸送裝置，表面處理裝置還包括用于向處于電解液之內(nèi)的纖維束和/或處于電解液之外的纖維束提供流體沖擊力以使纖維束分散的擴幅裝置。
[0007]輸送裝置包括沿纖維束的輸送路線布置的多個換向輥，任意兩個供纖維束順序繞經(jīng)的換向輥中，位置靠前的換向輥為前換向輥，位置靠后的換向輥為后換向輥，擴幅裝置對前、后換向輥之間的纖維束產(chǎn)生流體沖擊力，前換向輥和后換向輥中的至少一個為具有鼓形外輥面的擴幅輥。
[0008]電解槽的上方設(shè)置有溢液孔，所述擴幅輥位于溢液孔以下。
[0009]鼓形的擴幅輥的兩端設(shè)有直徑漸變增大以防止纖維束中單絲由擴幅輥兩端散出的限位端。
[0010]所述擴幅裝置包括沿纖維束的傳送路線布置的噴淋管，噴淋管上設(shè)有朝向纖維束的并且出口處的水流沖擊強度可調(diào)的噴口。
[0011]纖維束沿其傳送路線進入電解槽的一端為進端，被送出電解槽的一端為出端;噴淋管包括設(shè)置于液面以下的下噴淋管及設(shè)置于進端處液面之上的進端上噴淋管。
[0012]噴淋管還包括設(shè)置于出端處液面以上的出端上噴淋管。
[0013]所述電解槽置于循環(huán)槽中，電解槽上方開設(shè)有供電解液溢出至循環(huán)槽中的溢液孔，循環(huán)槽中的液體經(jīng)栗抽吸送至所述噴淋管。
[0014]所述噴淋管在豎直面內(nèi)的投影完全處于電解槽內(nèi)以保證由噴淋管噴出的液體完全落回至電解槽內(nèi)。
[0015]所述循環(huán)槽中設(shè)有分隔循環(huán)槽內(nèi)空間的濾網(wǎng)，栗的入液口與電解槽置于濾網(wǎng)的兩側(cè)。
[0016]對本實用新型的有益效果的分析:本實用新型的碳纖維表面處理裝置中還設(shè)置有可對進入電解液之前和/或之后的纖維束提供沖擊力的擴幅裝置，隨輸送裝置向前運動的纖維束是會聚成束的，會聚成束的纖維束直接進入電解液中會因底層纖維絲與電解液接觸不充分而不能充分被氧化，而擴幅裝置提供的沖擊力有利于使成束的纖維絲平鋪分散，從而增大纖維束與電解液接觸面積，有利于促進內(nèi)層纖維絲被氧化，使纖維束內(nèi)外層的單絲被均勻氧化。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的碳纖維表面處理裝置的一個實施例的具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為圖1中鼓形導(dǎo)輥的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]碳纖維表面處理裝置的實施例:
[0020]碳纖維表面處理裝置包括用于存放電解液的電解槽3，會聚成束的碳纖維I由左側(cè)的進端進入電解槽3，電解結(jié)束后再由電解槽的右側(cè)的出端流出至下一相應(yīng)工序，在碳纖維I的移動線路上依次設(shè)有第一圓柱形陽極導(dǎo)輥21、第二圓柱形陽極導(dǎo)輥22、第一鼓形導(dǎo)輥71、第二鼓形導(dǎo)輥72、第三圓柱形陽極導(dǎo)輥23、第四圓柱形陽極導(dǎo)輥24，四個圓柱形陽極導(dǎo)輥對碳纖維的移動起到換向作用。第一圓柱形陽極導(dǎo)輥21、第二圓柱形陽極導(dǎo)輥22上下交錯地布置在電解槽上方的左側(cè)區(qū)域，第一圓柱形陽極導(dǎo)輥21偏右布置;第三圓柱形陽極導(dǎo)輥23、第四圓柱形陽極導(dǎo)輥24上下交錯地布置在電解槽上方的右側(cè)區(qū)域，第四圓柱形陽極導(dǎo)棍24偏左布置。第一鼓形導(dǎo)棍71、第二鼓形導(dǎo)棍72均處于電解槽3中的電解液中，兩鼓形導(dǎo)輥7在左右方向上處于第二圓柱形陽極導(dǎo)輥22與第三圓柱形陽極導(dǎo)輥23之間。鼓形導(dǎo)輥7為回轉(zhuǎn)體，具體是包括中部的具有鼓形外輥面的鼓肚結(jié)構(gòu)711及兩端的直徑漸變增大的限位端712，鼓肚結(jié)構(gòu)在減小導(dǎo)輥與纖維束之間的橫向摩擦力的同時也會促進更多的纖維絲向直徑更小的鼓形導(dǎo)輥的兩側(cè)移動分散，以利于纖維束在電解液中的進一步分散。限位端712可防止纖維絲由鼓形導(dǎo)輥的兩端面散出，進而避免了散出的纖維絲被纏裹鉤掛在導(dǎo)輥軸上。
[0021]四個圓柱形陽極導(dǎo)輥均與直流電源的正極相連接，因而圓柱形陽極導(dǎo)輥與碳纖維I作為電解裝置的陽極使用，電解裝置的陰極板5垂直設(shè)于兩鼓形導(dǎo)輥的下方。
[0022]電解槽3整體放置于循環(huán)槽4內(nèi)，電解槽3的上方槽壁上設(shè)置有溢液孔31，電解槽3中的電解液由溢液孔31注入循環(huán)槽4內(nèi)，循環(huán)槽4內(nèi)于電解槽3的右側(cè)設(shè)有濾網(wǎng)8，濾網(wǎng)8將循環(huán)槽4內(nèi)部空間分成兩部分，傳送栗將濾網(wǎng)8右側(cè)的電解液抽吸送入噴灑管6中。噴灑管6包括水平布置于鼓形導(dǎo)輥上方的第一管道61及由第一管道61的兩端向側(cè)上方延伸的第二管道62、第三管道63，一端高于電解液液面的第二管道62設(shè)置于第一管道61的左端且向左上方延伸，一端高于電解液液面的第三管道63設(shè)于第一管道61的右端且向右上方延伸。第二管道62平行于第二圓柱形陽極導(dǎo)輥22與第一鼓形導(dǎo)輥71之間的碳纖維I布置，且其最上端低于第二圓柱形陽極導(dǎo)輥22的高度;第三管道63平行于第三圓柱形陽極導(dǎo)輥23與第二鼓形導(dǎo)輥72之間的碳纖維I布置，且其最上端低于第三圓柱形陽極導(dǎo)輥23的高度。第二管道62和第三管道63上間隔設(shè)有多個噴頭64，噴頭64部分布置于電解槽3中、部分布置于電解槽3的上方，即噴頭64部分處于電解液液面以下、部分處于電解液液面以上。第二管道62的處于液面以上的部分構(gòu)成進端上噴淋管，第三管道63的處于液面以上的部分構(gòu)成出端上噴淋管，第一管道61及第二、三管道處于液面以下的部分共同構(gòu)成了下噴淋管。各噴頭與噴淋管之間設(shè)有通過調(diào)節(jié)開度以調(diào)節(jié)噴頭處出水速度及水流沖擊強度大小的閥門，在實際使用中液面以上的噴頭的出水速度應(yīng)調(diào)整至小于液面之下的噴頭的出水速度，從而避免纖維原絲在水流沖擊的作用下折斷。
[0023]該裝置的工作過程如下:圓柱形陽極導(dǎo)輥與鼓形導(dǎo)輥啟動并帶動碳纖維沿其移動路線移動，在碳纖維I移動的過程中，左側(cè)處于液面上的噴頭64將電解液噴淋至經(jīng)第二圓柱形陽極導(dǎo)輥22換向后的碳纖維1，借助電解液的沖擊作用將碳纖維I擴幅分散并潤濕分散后的碳纖維絲。被潤濕的碳纖維I移動至電解液液面以下后，初步分散的碳纖維I在噴頭64的水流沖擊及電解槽3中水流定向流動的沖擊力的作用下進一步擴幅，有助于電解液在纖維束內(nèi)部的擴散傳質(zhì)過程，噴頭64的水流沖擊及電解槽3中水流定向流動的沖擊力同時也增強了電解槽內(nèi)部電解液的傳質(zhì)過程。均勻分散后的碳纖維I在液面以下沿其移動線路向前運動的同時會進一步被電解液氧化，在沖擊力的作用下流動的電解液還會對纖維束起到清洗作用，以洗去碳纖維表面的浮碳，當(dāng)纖維束運動到由右側(cè)露出電解液的液面時，右側(cè)液面以上的噴頭64繼續(xù)向流入下一工序之前的碳纖維I噴灑過濾后的電解液，以進一步地清除碳纖維表面的氧化蝕刻殘留物。
[0024]在其他實施例中:所述鼓形導(dǎo)輥也可以是凸出部設(shè)于端部的、在軸向上具有可以促進纖維束中單絲向兩端擴散的直徑漸變段的擴幅輥;第二、第三圓柱形導(dǎo)向輥中的一個或兩個也可以是鼓形導(dǎo)輥而非圓柱形導(dǎo)輥;在鼓形導(dǎo)輥足夠大可保證纖維束不會由鼓形導(dǎo)輥兩端散出的情況下，鼓形導(dǎo)輥的兩端也就不需要設(shè)置限位端;送至噴淋管的液體也可以由另外設(shè)置的水箱中抽出的水或電解液，此時循環(huán)槽可省去;在能保證對氧化后的碳纖維的清洗效果時，右側(cè)液面以上的出端上噴淋管及噴頭也可取消；也可不預(yù)先對纖維絲進行潤濕，此時可取消左側(cè)液面以上的構(gòu)成進端上噴淋管的噴灑水管及噴頭；噴灑水管及噴頭還可以被攪動輥、噴氣裝置等可以加速電解槽中的液體流速以帶動纖維束中單絲分散的擴幅裝置來代替。
【主權(quán)項】
1.碳纖維表面處理裝置，包括電解槽及用于輸送纖維束的輸送裝置，其特征在于:表面處理裝置還包括用于向處于電解液之內(nèi)的纖維束和/或處于電解液之外的纖維束提供流體沖擊力以使纖維束分散的擴幅裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維表面處理裝置，其特征在于:輸送裝置包括沿纖維束的輸送路線布置的多個換向輥，任意兩個供纖維束順序繞經(jīng)的換向輥中，位置靠前的換向輥為前換向輥，位置靠后的換向輥為后換向輥，擴幅裝置對前、后換向輥之間的纖維束產(chǎn)生流體沖擊力，前換向輥和后換向輥中的至少一個為具有鼓形外輥面的擴幅輥。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳纖維表面處理裝置，其特征在于:電解槽的上方設(shè)置有溢液孔，所述擴幅輥位于溢液孔以下。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的碳纖維表面處理裝置，其特征在于:鼓形的擴幅輥的兩端設(shè)有直徑漸變增大以防止纖維束中單絲由擴幅輥兩端散出的限位端。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維表面處理裝置，其特征在于:所述擴幅裝置包括沿纖維束的傳送路線布置的噴淋管，噴淋管上設(shè)有朝向纖維束的并且出口處的水流沖擊強度可調(diào)的噴口。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的碳纖維表面處理裝置，其特征在于:纖維束沿其傳送路線進入電解槽的一端為進端，被送出電解槽的一端為出端;噴淋管包括設(shè)置于液面以下的下噴淋管及設(shè)置于進端處液面之上的進端上噴淋管。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳纖維表面處理裝置，其特征在于:噴淋管還包括設(shè)置于出端處液面以上的出端上噴淋管。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的碳纖維表面處理裝置，其特征在于:所述電解槽置于循環(huán)槽中，電解槽上方開設(shè)有供電解液溢出至循環(huán)槽中的溢液孔，循環(huán)槽中的液體經(jīng)栗抽吸送至所述噴淋管。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的碳纖維表面處理裝置，其特征在于:所述噴淋管在豎直面內(nèi)的投影完全處于電解槽內(nèi)以保證由噴淋管噴出的液體完全落回至電解槽內(nèi)。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的碳纖維表面處理裝置，其特征在于:所述循環(huán)槽中設(shè)有分隔循環(huán)槽內(nèi)空間的濾網(wǎng)，栗的入液口與電解槽置于濾網(wǎng)的兩側(cè)。
【文檔編號】C25D11/02GK205529094SQ201620329091
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】葛頌, 賈進盈, 劉國庫
【申請人】鄭州四維特種材料有限責(zé)任公司