CN104342936A - 碳纤维表面油剂更换方法 - Google Patents

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    • C08J5/042—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres

Abstract

本发明的更换方法依序包含有下列步骤：提供表面包覆有热固型树脂油剂的碳纤维原料；进行去浆步骤，将上述的碳纤维原料表面的热固形树脂油剂去除；批覆表面活性剂步骤，于该碳纤维原料表面包覆有表面活性剂；以及上浆步骤，于该表面活性剂表面包覆有热塑型树脂油剂，以得到表面具有热塑型树脂油剂的碳纤维原料。

Description

碳纤维表面油剂更换方法
技术领域
本发明有关一种制造方法，尤指一种可将碳纤维表面油剂进行更换的方法。
背景技术
碳纤维用于具有各种基质的复合物强化物质，而且碳纤维对特定基质的黏附性为重要的，以呈现其在强化物质的特征。
非表面处理碳纤维通常对基质具有不足的黏附性，而且其具有不良的横向性质，如分离强度及切力强度。必然地，碳化或石墨化后，碳纤维通常接受电解氧化、气或液相化学氧化的氧化处理，而且含氧官能基引入其中，以改良基质的可湿润性。
关于此氧化处理的碳纤维的表面特征，在日本未审查专利公告(公开)4-361619，揭示藉由指定碳纤维最上表面的官能基，而改良碳纤维对基质的黏附强度的方法。其亦揭示指定不仅藉X-射线光电分光术测量的表面氧浓度，亦及表面氮浓度的碳纤维(例如，日本审查专利公告(公告)4-44016，及日本未审查专利公告(公开)2-210059、2-169763、63-85167、及62-276075)。其不包括与上浆剂的组合的研究。此外，仅以表面官能基的说明，有如对基质的不良黏附力的缺点，特别是对低反应性基质。
另一方面，因为碳纤维及石墨纤维特别硬、脆、缺乏可黏合性、弯曲力、及耐磨性，在处理后的时防止绒毛形成及螺纹破裂的各种型式的上浆剂，一般加入碳纤维，以给予可黏合性，及改良弯曲力及耐磨性。因此，仅如浆料或黏合剂而发展及使用上浆剂，以改良可处理性，而实际上并未进行上浆剂在对基质黏附性的改良的研究。此外，并未进行关于上浆剂对表面特征的改造的研究，如上述碳纤维表面上的官能基，以改良复合物的整体特征，包括黏附性及张力强度。
由于在目前，最受欢迎的碳纤维强化复合物质用的基质为环氧基树脂，上浆剂通常为环氧基树脂或改质的环氧基树脂，各代表为联酚A二缩水甘油醚型环氧基树脂，如结构有关基质的芳族化合物，(例如，日本审查专利公告(公告)4-8542、日本未审查专利公告(公开)1-272867、及日本审查专利公告(公告)62-56266与57-15229)。惟，上述常用的上浆剂为热固型树脂，若要制作热塑型碳纤维复合材料，将造成接口不匹配，碳纤维与树脂将无法形成完整接合界面，将无法广泛应用于以射出成型用为中心被使用于各种电气．电子零件、机械零件及汽车零件等的用途。
发明内容
本发明在提供一种制造方法，其提供可将碳纤维表面油剂进行更换的方法。
为达上揭目的，本发明的更换方法依序包含有下列步骤：提供表面包覆有热固型树脂油剂的碳纤维原料；进行去浆步骤，将上述的碳纤维原料表面的热固形树脂油剂去除；批覆表面活性剂步骤，于该碳纤维原料表面包覆有表面活性剂；以及上浆步骤，于该表面活性剂表面包覆有热塑型树脂油剂，以得到表面具有热塑型树脂油剂的碳纤维原料。
为达上述目的，所述去浆步骤中以摄氏250~650℃的高温，时间为1~60秒进行去浆。
为达上述目的，所述去浆步骤中以有机溶剂清洗碳纤维原料表面。
为达上述目的，所述有机溶剂为丙酮或氯仿。
为达上述目的，所述批覆表面活性剂步骤中，先以乙醇清洗碳纤维原料表面，再以0.5~1wt%的含胺基表面活性剂以及99~99.5wt%的含水乙醇进行表面批覆。
为达上述目的，所述批覆方式为气雾喷涂方式或含浸方式。
为达上述目的，所述批覆表面活性剂步骤以及上浆步骤之间进一步包含有第一次干燥步骤。
为达上述目的，所述上浆步骤以浸泡方式或浸亄方式附着。
为达上述目的，所述热塑型树脂油剂可为PU、PE、PP、acrylic或 PC/ABS系统。
为达上述目的，所述上浆步骤之后进一步包含有第二次干燥步骤。
附图说明
图1为本发明中更换方法的流程示意图。
图2为本发明中碳纤维表面更换的结构示意图。
图3为本发明中更换方法的另一流程示意图。
图4为本发明中更换装置的结构示意图。
图5为本发明中更换装置的另一结构示意图。
图号说明：
碳纤维原料10
碳纤维成品10’
热固形树脂油剂20
表面活性剂30
热塑型树脂油剂40
供料组件50
卷纱机60
收料件61
去浆炉70
批覆组件80
上浆组件90
第一次干燥组件101
第二次干燥组件102。
具体实施方式
如图1为本发明更换方法的流程示意图所示，本发明的更换方法依序包含有下列步骤。
提供碳纤维原料，请同时参阅图2所示，该碳纤维原料10表面包覆有热固型树脂油剂20。其中，该碳纤维可以为任何种类或不同K数，其中碳纤维的种类可以为PAN(聚丙烯腈)、Pitch(沥青)、Rayon(嫘萦)或酚醛纤维，而该碳纤维的K数(每股含单纤数，K表1000)则可以为1K、3K、6K、12K、24K、48K、50K或60K。
去浆步骤，将上述的碳纤维原料表面的热固形树脂油剂去除，形成如图2中间靠左所示，其碳纤维原料10表面无设置有任何油剂；其中，该去浆步骤中以摄氏250~650℃的高温，时间为1~60秒进行去浆，亦或者以有机溶剂(可以为丙酮或氯仿)清洗碳纤维原料表面，以将表面的热固形树脂油剂去除。
批覆表面活性剂步骤，于该碳纤维原料10表面包覆有表面活性剂30；其中，该批覆表面活性剂步骤中，先以乙醇清洗碳纤维原料表面，再以0.5~1wt%的含胺基表面活性剂以及99~99.5wt%的含水乙醇进行表面批覆，而该批覆方式为气雾喷涂方式或含浸方式，使该碳纤维原料10表面包覆有表面活性剂30，藉由该表面活性剂30有助于后续重上油剂可与碳纤维表面形成更完整接口。
上浆步骤，于该表面活性剂30表面包覆有热塑型树脂油剂40，该上浆步骤以浸泡方式或浸亄（Deeping And Impregnation）方式附着，所述浸亄方式，即先准备一装有液体的槽体，利用一压制件(例如轮体)施力于纤维，将纤维压入液体内 使纤维得以完全浸泡于液体内，该热塑型树脂油剂可为PU、PE、PP、acrylic或 PC/ABS系统，且上浆浓度可以为0.1~5wt%。
当然，亦可进一步如图3所示，于批覆表面活性剂步骤以及上浆步骤之间进一步包含有第一次干燥步骤，而于上浆步骤之后并进一步包含有第二次干燥步骤；其中，该第一次干燥步骤可利用热风干燥方式，以摄氏20~50℃的温度进行风干，待表面的表面活性剂定型后再进行上浆步骤，而该第二次干燥步骤可利用干燥炉方式进行干燥，其干燥温度可以为摄氏120~300℃。
值得一提的是，本发明可将原有表面具热固型树脂油剂的碳纤维更换为热塑型树脂油剂，让该碳纤维用于制作热塑型碳纤维复合材料时，令碳纤维与树脂可形成完整接合界面，可广泛应用于以射出成型用为中心被使用于各种电气．电子零件、机械零件及汽车零件等的用途。
例如本发明可以使用日本东丽公司(Toray)碳纤维，型号：T700，种类：PAN，K数为12K/24K，可依本发明的更换步骤更换为热塑型树脂油剂(PP系统、PU系统、压克力系统、PC/ABS系统)；或者将日本东丽公司(Toray)碳纤维，型号：T300，种类：PAN，K数为1K/3K/6K，可依本发明的更换步骤更换为热塑型树脂油剂(PP系统、PU系统、压克力系统、PC/ABS系统)；或者将台湾台塑公司(Formosa)碳纤维，型号：TC36，种类：PAN，K数为12K/24K，可依本发明的更换步骤更换为热塑型树脂油剂(PP系统、PU系统、压克力系统、PC/ABS系统)；或者将日本三菱公司(Mitsubishi)碳纤维，型号：K63712种类：Pitch，K数为12K/24K，可依本发明的更换步骤更换为热塑型树脂油剂(PP系统、PU系统、压克力系统、PC/ABS系统)。
另外，本发明亦利用一种更换装置进行上述换步骤，如图4为本发明更换装置的结构示意图所示，本发明的更换装置至少包含有：供料组件50、卷纱机60、去浆炉70、批覆组件80以及上浆组件90。
该供料组件10用以提供碳纤维原料10，请同时参阅图5所示，该碳纤维原料10表面包覆有热固型树脂油剂11。其中，该碳纤维可以为任何种类或不同K数。
该卷纱机60设于该供料组件50之后，其设有至少一收料件61，该碳纤维原料10一端卷设于该供料组件10，另端制作成的碳纤维成品10’则卷收于该收料件61。
该去浆炉70设于该供料组件50以及卷纱机60之间，将上述碳纤维原料表面的热固形树脂油剂去除，形成如图2中间靠左所示，其碳纤维原料10表面无设置有任何油剂；其中，该去浆炉中可具有加热组件，可加热至摄氏250~650℃的高温，且时间为1~60秒进行去浆；亦或者，该去浆炉中具有第一储液槽，该第一储液槽内可存放有有机溶剂(可以为丙酮或氯仿)，可对该碳纤维原料表面进行清洗，以将表面的热固形树脂油剂去除。
该批覆组件80接续于该去浆炉70之后，于该碳纤维原料10表面包覆有表面活性剂12；其中，该批覆组件中可依序有第二、第三储液槽(图未示)，该第二储液槽内可存放有乙醇，可对该碳纤维原料表面进行清洗，而该第三储液槽内可存放有0.5~1wt%的含胺基表面活性剂以及99~99.5wt%的含水乙醇，并利用气雾喷涂方式或含浸方式，使该碳纤维原料10表面包覆有表面活性剂12，藉由该表面活性剂12有助于后续重上油剂可与碳纤维表面形成更完整接口。
该上浆组件90接续于该批覆组件80之后，于该表面活性剂12表面包覆有热塑型树脂油剂13，而成为碳纤维成品10’，再卷收于该卷纱机的收料件61上；其中，该上浆组件具有第四储液槽，该第四储液槽内可存放有热塑型树脂油剂，该热塑型树脂油剂可为PU、PE、PP、acrylic或 PC/ABS系统，可利用浸泡方式或浸亄方式附着于该表面活性剂12表面。
再者，如图5所示，该批覆组件80以及上浆组件90之间进一步包含有第一次干燥组件101，该第一次干燥组件101可以为热风干燥炉，而该上浆组件90之后进一步包含有第二次干燥组件102，达到干燥定型的效果。

Claims (10)

1.一种碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，依序包含有下列步骤：
提供碳纤维原料，该碳纤维原料表面包覆有热固型树脂油剂；
去浆步骤，将上述的碳纤维原料表面的热固形树脂油剂去除；
批覆表面活性剂步骤，于该碳纤维原料表面包覆有表面活性剂；以及
上浆步骤，于该表面活性剂表面包覆有热塑型树脂油剂。
2.如权利要求1所述碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，该去浆步骤中以摄氏250~650℃的高温，时间为1~60秒进行去浆。
3.如权利要求1所述碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，该去浆步骤中以有机溶剂清洗碳纤维原料表面。
4.如权利要求3所述碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，该有机溶剂为丙酮或氯仿。
5.如权利要求1至4其中任一所述碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，该批覆表面活性剂步骤中，先以乙醇清洗碳纤维原料表面，再以0.5~1wt%的含胺基表面活性剂以及99~99.5wt%的含水乙醇进行表面批覆。
6.如权利要求5所述碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，该批覆方式为气雾喷涂方式或含浸方式。
7.如权利要求5所述碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，该批覆表面活性剂步骤以及上浆步骤之间进一步包含有第一次干燥步骤。
8.如权利要求5所述碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，该上浆步骤以浸泡方式或浸亄方式附着。
9.如权利要求5所述碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，中，该热塑型树脂油剂为PU、PE、PP、acrylic或PC/ABS系统。
10.如权利要求5所述碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，该上浆步骤之后包含有第二次干燥步骤。
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