CN106968125B - 一种碳纤维表面薄毡抄片成型器和方法 - Google Patents

Abstract

一种碳纤维表面薄毡抄片成型器和方法，本成型器包括抄片器主体装置、气匀搅拌装置、真空抽吸装置以及给排水装置；所述气匀搅拌装置用于对抄片器主体装置的浆料桶内的分散液进行搅拌；所述真空抽吸装置与给排水装置均和所述抄片器主体装置相连通。结合方法能够实现制备质量稳定、均匀性好的短切纤维表面薄毡的抄片成型器。

Description

一种碳纤维表面薄毡抄片成型器和方法

技术领域

本发明涉及纤维薄毡制造装置和造纸装置技术领域，具体涉及一种碳纤维表面薄毡抄片成型器和方法。

背景技术

碳纤维具有极高的轴向强度和模量、密度小、耐热、耐腐蚀、导电性好、导热性好等诸多优良性能。碳纤维表面薄毡(以下简称碳毡)作为碳纤维的产品形式之一，可作为结构材料、电磁屏蔽材料、加热材料等用于航空航天、船舶、汽车等工业领域。目前，生产碳毡需要复杂的抄片器设备，成本较高，用于实验室使用的抄片器多源于造纸设备而成，制备的碳毡质量较差。此外，商品化碳毡存在面内碳纤维集束搭接、分布不均匀等现象，在采用碳毡作为热源的电热成型和电热焊接工艺中通电使用时，产生面内温度分布不均等问题，影响了其使用效果。因此，有必要开发一种新型碳纤维表面薄毡抄片成型器，具备生产高质量碳毡的能力，而且具有实用便捷、构造简单、便于科研和实验室使用的特点。

目前，国内缺少专门针对碳纤维表面薄毡的制备装置专利，相近专利为实验室常用的造纸用抄片器专利，目前国内已有专利9项，8项为实用新型专利，专利授权公告号分别为：CN201485744U、CN201485745U、CN201883340U、CN201974324U、CN202351106U、CN202865682U、CN203160052U、CN203475228U；1项为发明专利，专利号为：CN104294699A。

以长度2mm～6mm的碳纤维为原料，采用湿法造纸技术抄造厚度在30μm～200μm的碳纤维表面薄毡时，利用上述专利设计的结构所搭建的抄片器装置无法得到分布均匀的高质量碳毡，上述专利在结构设计方面存在以下问题：

(1)抄片器内部均没有专用消涡装置。上述八项实用新型专利中均未有设计消涡装置，这样使得在放水过程中，因地转偏向力的影响而导致水桶内水流下降时绕浆料桶中心旋转产生漩涡，漩涡导致浆料桶内液面由中心向四周逐渐升高，产生高度差，所制备的薄毡中间稍薄或出现空洞而周边较厚，具体见附图5可知。上述发明专利CN104294699A中的结构示意图31为钻孔基板，此结构具有一定的消涡效果，但是孔与孔之间具有一定的距离，这会导致距离不同的孔周围位置的水的流速不同，流速大的位置浆料沉积较多，而流速小的位置浆料沉积相对较少，最终导致成型不均匀。

(2)抄片器气匀搅拌方式不够合理。对于发明专利CN104294699A和实用新型专利CN202865682U中的气匀搅拌设计，若采用此方案对短切碳纤维分散液进行搅拌，若浆料桶直径较大，会在一定程度上导致浆料桶中间的碳纤维无法达到乱序分散状态。对于实用新型专利CN201485744U、CN201485745U、CN201883340U、CN201974324U、CN202351106U、CN203160052U、CN203475228U中未对浆料搅拌进行设计，短切碳纤维倒入浆料桶中无法进行均匀分散，如果采用机械搅拌方式，会导致碳纤维轴向沿着圆周方向或搅拌方向分布，无法实现短切碳纤维乱序均匀分散，附图6为采用CN 201883340U气匀搅拌方式制备的碳纤维表面薄毡，图中可见碳毡明显中间偏薄。

(3)专利中未有水平度调节装置。以上九项专利中，均未出现可调节设备水平度的相关装置或部件，设备水平度是保证均匀成毡的关键指标，如设备未调平即制备碳纤维表面毡，则会导致浆料桶内液面偏斜，打开放水阀门后，浆料桶内液面下降过程中，浆料会聚集于抄网偏斜较低的一侧沉积厚度较大，而另一侧浆料沉积厚度较小，最终导致成毡不均匀，附图7所示为未调平的抄片器制备的碳纤维表面薄毡形貌图。

(4)专利中未有过水桶的设计，关于集水槽的设计过于粗略。过水桶对于制备碳毡具有重要影响，未设计过水桶结构时，水流从浆料桶直接下行进入集水槽不同位置的水流速和流向发生改变，进而影响浆料桶内短切碳纤维的沉积效果。浆料桶内集水槽的弧度对制备碳毡具有一定影响，弧度设计可以减小放水时水流产生的湍流。

综上所述，现有的造纸抄片器制备的碳纤维短切表面毡质量不稳定，目前尚未有适用于实验室和科研用的高质量碳纤维表面薄毡的专用设备。所以，为满足实验及科研需求，迫切需要开发一款用于制备碳纤维表面薄毡的抄片成型器。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种碳纤维表面薄毡抄片成型器和方法，能够实现制备质量稳定、均匀性好的短切纤维表面薄毡的抄片成型器。

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种碳纤维表面薄毡抄片成型器和方法的解决方案，具体如下：

一种碳纤维表面薄毡抄片成型器，包括抄片器主体装置、气匀搅拌装置、真空抽吸装置以及给排水装置；

所述气匀搅拌装置用于对抄片器主体装置的浆料桶内的分散液进行搅拌；

所述真空抽吸装置与给排水装置均和所述抄片器主体装置相连通。

所述气匀搅拌装置包括第一阀门、第一气管、气泵以及伸入式气匀搅拌器；

所述气泵通过第一气管与伸入式气匀搅拌器相连通，在所述第一气管上设有第一阀门，所述第一气管的开闭通过第一阀门的开关来实现。

所述第一气管为软塑料管，所述伸入式气匀搅拌器为底部封口且侧面开口的若干分支第一气管组成，所述分支第一气管沿周向对称而均匀布局，所有的分支第一气管的顶端与所述第一气管相连通。

所述分支第一气管为PP、PVC、PC硬质塑料管或不锈钢管材料制成，所述分支第一气管也能为铜管等耐腐蚀金属管作为材料，所述分支第一气管的管径为3mm～15mm。

所述抄片器主体装置包括抄网、支撑网、第一消涡器、浆料桶、过水桶、平衡桶、调平地脚、集水槽、圆气泡、第二消涡器以及圆环卡箍；

所述浆料桶通过管箍与过水桶连接且所述浆料桶位于过水桶上方；过水桶上端部嵌入第一消涡器，支撑网通过圆环卡箍卡紧于过水桶上端面，抄网平整放置于支撑网上面后，通过浆料桶上的圆环卡箍压紧，所述过水桶内部下端安装集水槽，所述集水槽通过粘合剂来连接过水桶；所述集水槽下部安装有第二水管，所述第二水管与集水槽的连接端的内部嵌入有第二消涡器；所述过水桶与平衡桶通过粘合剂连接，所述圆气泡位于平衡桶一侧，所述平衡桶与圆气泡通过粘合剂连接，粘结后使得圆气泡的水平面与抄网的水平面平行；所述平衡桶底部按照等边三角形布局安装调平地脚，通过调节调平地脚的高度和观察圆气泡的水平状态来使得抄网保持水平。

所述抄网为铁丝网或铜丝网，抄网可根据纤维直径、长度这样的参数确定采用40目～200目之间的一种，对于成型纤维平均长度在3～6mm的碳纤维表面毡，优选地采用40目或60目的抄网；

所述支撑网6为8目～20目之间的铜丝网、铁丝网或其他材质的网，其中铜丝网为耐腐蚀性能好的支撑网，所述支撑网周边由铜箍牵拉确保支撑性，在选择支撑网和硬箍材质时必需考虑避免电位腐蚀的影响；

所述第一消涡器为六角蜂窝结构或四角蜂窝结构，材质可为铝、铜或工程塑料，所述蜂窝结构的高度大于等于5mm，所述蜂窝结构的单边边长为3～10mm，所述蜂窝结构的厚度为0.01～0.5mm；

所述浆料桶的材质为PVC、PMMA、PP塑料或不锈钢、铝合金、铜合金金属材料；

所述过水桶的材质为PVC、PMMA、PP塑料或不锈钢、铝合金、铜合金金属，所述过水桶的高度大于所述过水桶的底部直径或所述过水桶的边长；

所述平衡桶的材质为PVC、PMMA、PP塑料或不锈钢、铝合金、铜合金金属；

所述集水槽的材质为PVC、PMMA、PP塑料或不锈钢、铝合金、铜合金金属，集水槽的结构设计为圆滑倒角，倒角角度50°。

所述过水桶上端部与第一消涡器7通过粘合剂连接，所述粘合剂为环氧树脂或酚醛树脂；所述第二水管、集水槽的连接端以及第二消涡器相互之间通过粘合剂连接。

所述真空抽吸装置包括第二阀门、第二气管、缓冲瓶以及真空泵；

所述真空泵通过设置有第二阀门的第二气管与缓冲瓶连接，缓冲瓶使得过水桶内残余水分不流入真空泵中；所述缓冲瓶通过第二气管与过水桶连接，所述缓冲瓶通过第二气管与过水桶连接的接头通过转换头连接，所述第二气管的开闭通过第二阀门实现。

所述给排水装置包括第一水管、第三阀门、水源、第四阀门、第二水管以及废液桶；

所述水源通过第一水管连接到第二水管上，所述第一水管与第二水管通过转换接头连接，给水与排水过程通过分别装在第一水管和第二水管上的第三阀门和第四阀门进行控制，所述第二水管的一端插入废液桶上部桶口处，所述第二水管的另一端与第二消涡器的底部连通。

所述废液桶的材质为PVC、PMMA、PP塑料或不锈钢、铝合金、铜合金金属。

所述圆气泡安装在平衡桶侧面，调平地脚安装于平衡桶底部。

所述碳纤维表面薄毡抄片成型器的制备方法，包括如下步骤：

(1)调平：调整调平地脚并且观察圆气泡，调节圆气泡到中心位置，调平抄片装置为水平状态，以保证浆料桶内液面水平；

(2)安装抄网：连接抄片器各装置后，将圆形抄网置于支撑网上，浆料桶置于抄网上，将浆料桶上的圆环卡箍卡紧，浆料桶圆周对抄网施压，通过圆环卡箍实现浆料桶和过水桶的紧密连接并保证抄网平整；

(3)充水：保持第四阀门和第二阀门为关闭状态，打开第三阀门上水，使得水从下至上依次流入第一水管、第二水管、第二消涡器、集水槽、过水桶、第一消涡器、浆料桶，将桶内气体排出，当浆料桶中液面距离上边缘的距离为5cm～10cm时关闭第三阀门，并为浆料留出剩余体积；

(4)混合：将分散液浆料全部倒入浆料桶中，此时浆料桶中碳纤维呈现出非均匀弥散的状态；

(5)气匀搅拌：首先打开气泵，气泵工作1min左右时，打开第一阀门，压缩气体通过第一气管进入伸入式气匀搅拌器，并从气匀搅拌器的底部端侧面上的气孔鼓出；然后将伸入式气匀搅拌器纵向插入浆料桶中，搅拌器最低处距离浆料桶底部控制在5～10cm左右，气匀搅拌器底部端侧面上的气孔喷出的气泡上浮，使浆料产生湍流，搅拌时间保证不少于1min，气匀搅拌结束后，将伸入式气匀搅拌器从浆料桶中垂直取出。

(6)制毡：气匀搅拌后静置10s～30s左右浆料桶内液体表面的气泡消失后，打开第四阀门，浆料桶中的水通过抄网流经过水桶最后流入废液桶，水溶液中分散的碳纤维均匀散落到圆形抄网上，获得短切碳纤维均匀无序分布的碳纤维表面毡；

(7)抽滤：关闭第三阀门和第四阀门，打开真空泵抽真空1min后，打开第二阀门，利用真空泵的抽吸作用，将抄网上碳毡内多余的水分除去，真空抽吸3min后关闭真空泵和第二阀门；

(8)取毡：打开圆环卡箍，取下浆料桶后，用镊子于抄网边缘处掀起一角，短切碳纤维湿毡会粘附于抄网上；取下附有碳纤维表面毡的抄网，放到吸水棉毡上；碳毡上面覆盖一层玻纤布后，再加盖一层棉毡，用手轻轻按压棉毡，促使碳纤维中水分流出被棉毡吸收，并实现纤维毡的预压实；将碳纤维毡从抄网上揭下，使之粘附于玻璃纤维布上，于玻璃纤维布表面盖一层聚四氟乙烯布，继续均匀按压后，使碳纤维毡与玻璃纤维布分离，碳毡粘附于聚四氟乙烯布上，在碳毡上加盖一层聚四氟乙烯布后，放置备用；

(9)烘干：将预压实后的纤维毡置于烘箱中烘干，烘干时间和温度依实际使用条件确定，最后得到不带粘结剂的碳纤维表面毡。

本发明的有益效果为：

(1)本发明中的伸入式气匀搅拌器由底部封口、侧面开口的多支气管组成，气管为周向对称均匀布局，可垂直伸入浆料桶中对浆料进行气匀搅拌。采用这种均匀中心对称布局的伸入式气匀搅拌器可满足不同直径大小的浆料桶使用，实现浆料均匀分散。伸入式气匀搅拌器为本申请专利创造性设计。

(2)本发明中的消涡器为制备均匀无序的纤维表面毡的关键，消涡器为六角蜂窝结构或四角蜂窝结构，材质可为铝、铜或工程塑料，蜂窝高度大于等于5mm，蜂窝单边边长3～10mm，厚度0.01～0.5mm。消涡器消涡机理：从物理角度讲，由于地转偏向力的作用，放水过程中，因地转偏向力的影响而导致水桶内水流下降时绕浆料桶中心旋转产生漩涡，漩涡导致浆料桶内部液面中间低而周边高，制备的表面毡中间薄而四周厚，质量不均匀，如附图5所示。消涡器的加装使浆料桶内水流下行时，大量蜂窝可以将水分流，被分成多支的细流后，地转偏向力对水产生的动能作用也被分化，使浆料桶内部液面均匀下降，消除了浆料桶内部的漩涡，最终可以获得质量稳定，均匀分布的表面毡。而且，两个消涡器的布置保证浆料桶和过水桶内液体的均匀流动。双消涡器设计为本申请专利创造性设计。

(3)本发明中的平衡桶、圆气泡、调平螺丝的主要作用是保证浆料桶水平，圆气泡安装与平衡桶侧面，调平螺丝安装于平衡桶底部，通过调节调平螺丝高度和观察圆气泡水平状态确定设备水平，设备水平是制作质量稳定、均匀的碳毡的决定性因素之一，平衡结构是本发明的创造性设计。

(4)本发明中的抄网可根据纤维直径、长度等参数确定采用40目～200目之间的一种，碳纤维长度增加，优先选用较低目数的抄网。对于成型纤维平均长度在3～6mm的碳纤维表面毡，优选地采用40目或60目的抄网，这样更有利于表面毡从抄网上取下。本设计为专门针对制备碳纤维表面薄毡的创新性设计。

(5)本发明中的过水桶主要目的是放水过程中，保证溶液受重力作用自上向下稳恒流动，防止出现湍流，提高成毡质量，过水桶高度大于桶底部直径或边长。其他专利中对此结构未有明确说明，而只有集水槽部分的设计，这是本申请专利的创新性设计。

(6)本发明中集水槽的主要作用是降低湍流对于水流的影响，与其他已有专利相比，改进设计在于将集水槽的结构设计为圆滑倒角，这是本申请专利的改进性设计。

(7)本发明的抄片器主体装置中浆料桶形状可为正方形、长方形、圆形或根据实际要求做成其他形状，浆料桶内壁光滑平整，桶体上下尺寸一致。

(8)本发明中的支撑网可选用8目～20目之间的铜丝网、铁丝网或其他材质的网，优先选用铜丝网等耐腐蚀性能较好的支撑网，支撑网周边由铜箍牵拉确保支撑性，在选择支撑网和硬箍材质时必需考虑避免电位腐蚀的影响。

(9)本发明可成型高质量碳纤维表面薄毡，可制备厚度在30μm～200μm之间的短切碳纤维表面毡，优选的碳纤维长度范围1～6mm。

(10)本发明可用于成型纤维毡种类亦包括：短切玻璃纤维薄毡、短切玄武岩纤维薄毡、短切芳纶纤维薄毡、短切碳化硅纤维薄毡等多种短切纤维薄毡。

(11)本发明可用于造纸抄片，在一定范围内满足造纸工业使用。

附图说明

图1是本发明中抄片器整体结构示意图。

图2是本发明中部分组件示意图；图2(a)是六角形消涡器示意图，图2(b)是四边形消涡器示意图，图2(c)是支撑网示意图，图2(d)是调平地脚布局图。

图3是本发明中第一气管示意图；图3(a)是19个分支第一气管，图3(b)是7个分支第一气管，图3(c)是第一气管端部气孔开口布局图。图4是本发明中集水槽示意图。

图5是未添加消涡器制备出的碳纤维表面薄毡形貌图。

图6是气匀搅拌设置在抄网下部的碳纤维表面薄毡形貌图。

图7是未调平的抄片器制备出的碳纤维表面薄毡形貌图。

图8是采用本发明制备出的碳纤维表面薄毡形貌图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步地说明。

如图1-图8所示，碳纤维表面薄毡抄片成型器，包括抄片器主体装置、气匀搅拌装置、真空抽吸装置以及给排水装置；

所述气匀搅拌装置用于对抄片器主体装置的浆料桶14内的分散液进行搅拌；

所述真空抽吸装置与给排水装置均和所述抄片器主体装置相连通。

所述气匀搅拌装置包括第一阀门1、第一气管2、气泵3以及伸入式气匀搅拌器4；

所述气泵3通过第一气管2与伸入式气匀搅拌器4相连通，在所述第一气管2上设有第一阀门1，所述第一气管2的开闭通过第一阀门1的开关来实现。

所述第一气管2为软塑料管，便于卷曲，所述伸入式气匀搅拌器4为底部封口且侧面开口的若干分支第一气管组成，所述分支第一气管沿周向对称而均匀布局，所有的分支第一气管的顶端与所述第一气管2相连通。

所述分支第一气管为PP、PVC、PC硬质塑料管或不锈钢管材料制成，所述分支第一气管也能为铜管等耐腐蚀金属管作为材料，所述分支第一气管的管径优选为3mm～15mm。

所述抄片器主体装置包括抄网5、支撑网6、第一消涡器7、浆料桶14、过水桶15、平衡桶12、调平地脚13、集水槽19、圆气泡20、第二消涡器24以及圆环卡箍25；

所述浆料桶14通过圆环卡箍25与过水桶15连接且所述浆料桶14位于过水桶15上方；过水桶15上端部嵌入第一消涡器7，支撑网6通过圆环卡箍25卡紧于过水桶15上端面，抄网5平整放置于支撑网6上面后，通过浆料桶14上的圆环卡箍25压紧，圆环卡箍通过螺钉手动拧紧。所述过水桶15内部下端安装集水槽19，所述集水槽19通过粘合剂来连接过水桶15；所述集水槽19下部安装有第二水管22，所述第二水管22与集水槽19的连接端的内部嵌入有第二消涡器24；所述过水桶15与平衡桶12通过粘合剂连接，所述圆气泡20位于平衡桶一侧，所述平衡桶12与圆气泡20通过粘合剂连接，粘结后需保证圆气泡的水平面与抄网5的水平面平行；所述平衡桶12底部按照等边三角形布局安装调平地脚13，通过调节调平地脚13的高度和观察圆气泡20的水平状态来保证使得抄网5保持水平。

所述抄网5为铁丝网或铜丝网，抄网可根据纤维直径、长度这样的参数确定采用40目～200目之间的一种，在碳纤维长度增加的条件下，优先选用较低目数的抄网，对于成型纤维平均长度在3～6mm的碳纤维表面毡，优选地采用40目或60目的抄网，这样更有利于表面毡从抄网上取下；

所述支撑网6为8目～20目之间的铜丝网、铁丝网或其他材质的网，其中铜丝网为耐腐蚀性能好的支撑网，所述支撑网6周边由铜箍牵拉确保支撑性，在选择支撑网和硬箍材质时必需考虑避免电位腐蚀的影响；

所述第一消涡器7为六角蜂窝结构或四角蜂窝结构，材质可为铝、铜或工程塑料，所述蜂窝结构的高度大于等于5mm，所述蜂窝结构的单边边长为3～10mm，所述蜂窝结构的厚度为0.01～0.5mm；

所述浆料桶14的材质为PVC、PMMA、PP塑料或不锈钢、铝合金、铜合金金属材料；

所述过水桶15的材质为PVC、PMMA、PP塑料或不锈钢、铝合金、铜合金金属，所述过水桶15的高度大于所述过水桶15的底部直径或所述过水桶15的边长；

所述平衡桶12的材质为PVC、PMMA、PP塑料或不锈钢、铝合金、铜合金金属；

所述集水槽的材质为PVC、PMMA、PP塑料或不锈钢、铝合金、铜合金金属，集水槽的结构设计为圆滑倒角，倒角角度50°，如图4所示，集水槽具体尺寸依据过水桶尺寸而定。

所述过水桶15上端部与第一消涡器7通过粘合剂连接，所述粘合剂为环氧树脂或酚醛树脂；所述第二水管22、集水槽19的连接端以及第二消涡器24相互之间通过粘合剂连接。

所述真空抽吸装置包括第二阀门8、第二气管9、缓冲瓶10以及真空泵11；

所述真空泵11通过设置有第二阀门8的第二气管9与缓冲瓶10连接，缓冲瓶的设计目的保证使得过水桶15内残余水分不流入真空泵11中，以此保证真空泵11的安全；所述缓冲瓶10通过第二气管9与过水桶15连接，所述缓冲瓶10通过第二气管9与过水桶15连接的接头通过转换头连接，所述第二气管9的开闭通过第二阀门8实现。

所述给排水装置包括第一水管16、第三阀门17、水源18、第四阀门21、第二水管22以及废液桶23；

所述水源18通过第一水管16连接到第二水管22上，所述第一水管16与第二水管22通过转换接头连接，给水与排水过程通过分别装在第一水管16和第二水管22上的第三阀门17和第四阀门21进行控制，所述第二水管22的一端插入废液桶23上部桶口处，所述第二水管22的另一端与第二消涡器24的底部连通。

所述废液桶23的材质为PVC、PMMA、PP塑料或不锈钢、铝合金、铜合金金属。

所述碳纤维表面薄毡抄片成型器的使用方法，包括如下步骤：

(1)调平：此步骤为制备均匀碳毡的关键步骤之一，调整调平地脚13并且观察圆气泡20，调节圆气泡20到中心位置，调平抄片装置为水平状态，以保证浆料桶14内液面水平，利于获得均匀的碳毡；

(2)安装抄网：连接抄片器各装置后，将圆形抄网5(铜网或铁网均可)置于支撑网6上，浆料桶14置于抄网上，将浆料桶14上的圆环卡箍25卡紧，浆料桶14圆周对抄网5施压，通过圆环卡箍25实现浆料桶14和过水桶15的紧密连接并保证抄网平整；

(3)充水：保持第四阀门21和第二阀门8为关闭状态，打开第三阀门17上水，使得水从下至上依次流入第一水管16、第二水管22、第二消涡器24、集水槽19、过水桶15、第一消涡器7、浆料桶14，将桶内气体排出，为防止多余气泡产生，水流不可过大，当浆料桶14中液面距离上边缘的距离为5cm～10cm时关闭第三阀门17，并为浆料留出一定的剩余体积；

(4)混合：小心将分散液浆料全部倒入浆料桶14中，此时浆料桶14中碳纤维呈现出非均匀弥散的状态；

(5)气匀搅拌：首先打开气泵3，气泵3工作1min左右时，打开第一阀门1，压缩气体通过第一气管2进入伸入式气匀搅拌器4，并从气匀搅拌器4的底部端侧面上的气孔鼓出；然后将伸入式气匀搅拌器纵向插入浆料桶中，搅拌器最低处距离浆料桶底部控制在5～10cm左右，目的是消除气管底端对短切碳纤维的均匀沉积造成影响。气匀搅拌器4底部端侧面上的气孔喷出的气泡上浮，使浆料产生湍流，由于气匀搅拌器4具有均匀的气孔布局，使浆料桶内的湍流分布更为均匀，有利于实现短切碳纤维的分散。搅拌时间保证不少于1min，使浆料尽量达到均匀分散，具体时间长短以实际操作效果确定。气匀搅拌结束后，将伸入式气匀搅拌器4从浆料桶14中垂直取出。

(6)制毡：气匀搅拌后静置10s～30s左右浆料桶内液体表面的气泡消失后，打开第四阀门21，浆料桶14中的水通过抄网5流经过水桶15最后流入废液桶23，水溶液中分散的碳纤维均匀散落到圆形抄网5上，获得短切碳纤维均匀无序分布的碳纤维表面毡；

(7)抽滤：关闭第三阀门17和第四阀门21，打开真空泵11抽真空1min后，打开第二阀门8，利用真空泵11的抽吸作用，将抄网5上碳毡内多余的水分除去，真空抽吸3min后关闭真空泵11和第二阀门8；

(8)取毡：打开圆环卡箍25，取下浆料桶14后，用镊子小心于抄网5边缘处掀起一角，短切碳纤维湿毡会粘附于抄网5上；小心取下附有碳纤维表面毡的抄网5，放到吸水棉毡上；碳毡上面覆盖一层玻纤布后，再加盖一层棉毡，用手轻轻按压棉毡，促使碳纤维中水分流出被棉毡吸收，并实现纤维毡的预压实；小心将碳纤维毡从抄网5上揭下，使之粘附于玻璃纤维布上，于玻璃纤维布表面盖一层聚四氟乙烯布，继续均匀按压后，使碳纤维毡与玻璃纤维布分离，碳毡粘附于聚四氟乙烯布上，在碳毡上加盖一层聚四氟乙烯布后，放置备用；本步骤之所以使碳毡与抄网和玻纤布分离，是为了达到烘干后碳毡容易取下的目标。

(9)烘干：将预压实后的纤维毡置于烘箱中烘干，烘干时间和温度依实际使用条件确定，最后得到不带粘结剂的碳纤维表面毡。

本发明可成型高质量碳纤维表面薄毡，可制备厚度在30μm～200μm之间的短切碳纤维表面毡，优选的碳纤维长度范围1～6mm。另外图8为本发明制备的碳毡，碳毡圆片直径17cm，厚度80μm，面密度10g/m²。本发明可用于成型纤维毡种类亦包括：短切玻璃纤维薄毡、短切玄武岩纤维薄毡、短切芳纶纤维薄毡、短切碳化硅纤维薄毡等多种短切纤维薄毡。本发明可用于造纸抄片，在一定范围内满足造纸工业使用。

以上以附图说明的方式对本发明作了描述，本领域的技术人员应当理解，本公开不限于以上描述的实施例，在不偏离本发明的范围的情况下，可以做出各种变化、改变和替换。

Claims (13)

1.一种碳纤维表面薄毡抄片成型器，其特征在于，包括抄片器主体装置、气匀搅拌装置、真空抽吸装置以及给排水装置；

所述气匀搅拌装置用于对抄片器主体装置的浆料桶内的分散液进行搅拌；

所述真空抽吸装置与给排水装置均和所述抄片器主体装置相连通；

所述抄片器主体装置包括抄网、支撑网、第一消涡器、浆料桶、过水桶、平衡桶、调平地脚、集水槽、圆气泡、第二消涡器以及圆环卡箍；

所述浆料桶通过圆环卡箍与过水桶连接且所述浆料桶位于过水桶上方；过水桶上端部嵌入第一消涡器，支撑网通过圆环卡箍卡紧于过水桶上端面，抄网平整放置于支撑网上面后，通过浆料桶上的圆环卡箍压紧，所述过水桶内部下端安装集水槽，所述集水槽通过粘合剂连接过水桶；所述集水槽下部安装有第二水管，所述第二水管与集水槽的连接端的内部嵌入有第二消涡器；所述过水桶与平衡桶通过粘合剂连接，所述圆气泡位于平衡桶一侧，所述平衡桶与圆气泡通过粘合剂连接，粘结后保证圆气泡的水平面与抄网的水平面平行。

2.根据权利要求1所述的碳纤维表面薄毡抄片成型器，其特征在于，所述气匀搅拌装置包括第一阀门、第一气管、气泵以及伸入式气匀搅拌器；

所述气泵通过第一气管与伸入式气匀搅拌器相连通，在所述第一气管上设有第一阀门，所述第一气管的开闭通过第一阀门的开关来实现。

3.根据权利要求2所述的碳纤维表面薄毡抄片成型器，其特征在于，所述第一气管为软塑料管，所述伸入式气匀搅拌器为底部封口且侧面开口的若干分支第一气管组成，所述分支第一气管沿周向对称而均匀布局，所有的分支第一气管的顶端与所述第一气管相连通。

4.根据权利要求3所述的碳纤维表面薄毡抄片成型器，其特征在于，所述分支第一气管为PP、PVC、PC硬质塑料管或不锈钢管材料制成，所述分支第一气管的管径为3mm～15mm。

5.根据权利要求3所述的碳纤维表面薄毡抄片成型器，其特征在于，所述分支第一气管为耐腐蚀金属管材料，所述分支第一气管的管径为3mm～15mm。

6.根据权利要求5所述的碳纤维表面薄毡抄片成型器，其特征在于，耐腐蚀金属管材料为铜管。

7.根据权利要求1所述的碳纤维表面薄毡抄片成型器，其特征在于，所述平衡桶底部按照等边三角形布局安装调平地脚，通过调节调平地脚的高度和观察圆气泡的水平状态来使得抄网保持水平。

8.根据权利要求1所述的碳纤维表面薄毡抄片成型器，其特征在于，所述抄网为铁丝网或铜丝网，抄网采用40目～200目之间的一种；

所述支撑网为8目～20目之间的铜丝网、铁丝网或其他材质的网；

所述第一消涡器为六角蜂窝结构或四角蜂窝结构，材质可为铝、铜或工程塑料，所述蜂窝结构的高度大于等于5mm，所述蜂窝结构的单边边长为3～10mm，所述蜂窝结构的厚度为0.01～0.5mm；

所述浆料桶的材质为PVC、PMMA、PP塑料或不锈钢、铝合金、铜合 金金属材料；

所述过水桶的材质为PVC、PMMA、PP塑料或不锈钢、铝合金、铜合金金属，所述过水桶的高度大于所述过水桶的底部直径或所述过水桶的边长；

所述平衡桶的材质为PVC、PMMA、PP塑料或不锈钢、铝合金、铜合金金属；

所述集水槽的材质为PVC、PMMA、PP塑料或不锈钢、铝合金、铜合金金属，集水槽的结构设计为圆滑倒角，倒角角度50°。

9.根据权利要求8所述的碳纤维表面薄毡抄片成型器，其特征在于，对于成型纤维平均长度在3～6mm的碳纤维表面毡，采用40目或60目的抄网。

10.根据权利要求1所述的碳纤维表面薄毡抄片成型器，其特征在于，所述过水桶上端部与第一消涡器通过粘合剂连接，所述粘合剂类型为环氧树脂或酚醛树脂；所述第二水管、集水槽的连接端以及第二消涡器相互之间通过粘合剂连接。

11.根据权利要求1所述的碳纤维表面薄毡抄片成型器，其特征在于，所述真空抽吸装置包括第二阀门、第二气管、缓冲瓶以及真空泵；

所述真空泵通过设置有第二阀门的第二气管与缓冲瓶连接，缓冲瓶使得过水桶内残余水分不流入真空泵中；所述缓冲瓶通过第二气管与过水桶连接，所述缓冲瓶通过第二气管与过水桶连接的接头通过转换头连接，所述第二气管的开闭通过第二阀门实现；

所述给排水装置包括第一水管、第三阀门、水源、第四阀门、第二水管以及废液桶；

所述水源通过第一水管连接到第二水管上，所述第一水管与第二水管通过转换接头连接，给水与排水过程通过分别装在第一水管和第二水管上的第三阀门和第四阀门进行控制，所述第二水管的一端插入废液桶上部桶口处， 所述第二水管的另一端与第二消涡器的底部连通；

所述废液桶的材质为PVC、PMMA、PP塑料或不锈钢、铝合金、铜合金金属。

12.根据权利要求1所述的碳纤维表面薄毡抄片成型器，其特征在于，所述圆气泡安装在平衡桶侧面。

13.一种碳纤维表面薄毡抄片成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)调平：调整调平地脚并且观察圆气泡，调节圆气泡到中心位置，调平抄片装置为水平状态，以保证浆料桶内液面水平；

(2)安装抄网：连接抄片器各装置后，将圆形抄网置于支撑网上，浆料桶置于抄网上，将浆料桶上的圆环卡箍卡紧，浆料桶圆周对抄网施压，通过圆环卡箍实现浆料桶和过水桶的紧密连接并保证抄网平整；

(3)充水：保持第四阀门和第二阀门为关闭状态，打开第三阀门上水，使得水从下至上依次流入第一水管、第二水管、第二消涡器、集水槽、过水桶、第一消涡器、浆料桶，将桶内气体排出，当浆料桶中液面距离上边缘的距离为5cm～10cm时关闭第三阀门，并为浆料留出剩余体积；

(4)混合：将分散液浆料全部倒入浆料桶中，此时浆料桶中碳纤维呈现出非均匀弥散的状态；

(5)气匀搅拌：首先打开气泵，气泵工作1min时，打开第一阀门，压缩气体通过第一气管进入伸入式气匀搅拌器，并从气匀搅拌器的底部端侧面上的气孔鼓出；然后将伸入式气匀搅拌器纵向插入浆料桶中，搅拌器最低处距离浆料桶底部控制在5～10cm，气匀搅拌器底部端侧面上的气孔喷出的气 泡上浮，使浆料产生湍流，搅拌时间保证不少于1min，气匀搅拌结束后，将伸入式气匀搅拌器从浆料桶中垂直取出；

(6)制毡：气匀搅拌后静置10s～30s浆料桶内液体表面的气泡消失后，打开第四阀门，浆料桶中的水通过抄网流经过水桶最后流入废液桶，水溶液中分散的碳纤维均匀散落到圆形抄网上，获得短切碳纤维均匀无序分布的碳纤维表面毡；

(7)抽滤：关闭第三阀门和第四阀门，打开真空泵抽真空1min后，打开第二阀门，利用真空泵的抽吸作用，将抄网上碳毡内多余的水分除去，真空抽吸3min后关闭真空泵和第二阀门；

(8)取毡：打开圆环卡箍，取下浆料桶后，用镊子于抄网边缘处掀起一角，短切碳纤维湿毡会粘附于抄网上；取下附有碳纤维表面毡的抄网，放到吸水棉毡上；碳毡上面覆盖一层玻纤布后，再加盖一层棉毡，用手轻轻按压棉毡，促使碳纤维中水分流出被棉毡吸收，并实现纤维毡的预压实；将碳纤维毡从抄网上揭下，使之粘附于玻璃纤维布上，于玻璃纤维布表面盖一层聚四氟乙烯布，继续均匀按压后，使碳纤维毡与玻璃纤维布分离，碳毡粘附于聚四氟乙烯布上，在碳毡上加盖一层聚四氟乙烯布后，放置备用；

(9)烘干：将预压实后的纤维毡置于烘箱中烘干，烘干时间和温度依实际使用条件确定，最后得到不带粘结剂的碳纤维表面毡。