CN114775262B - 一种碳纤维的处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于碳纤维生产技术领域，具体涉及一种碳纤维的处理方法及系统，包括氧化炉，所述氧化炉的一侧设有碳化炉，所述碳化炉远离预氧化炉的一侧设有液相氧化系统，所述液相氧化系统远离碳化炉的一侧设有清洗池。本发明在对碳纤维进行液相氧化时，启动电机时，两个活塞杆能够交替的上下运动，当其中一个活塞杆配合活塞筒在对电解液进行吸取时，另一个活塞杆能够将对应活塞筒内的电解液向正在吸取电解液的活塞杆的方向推动，进而能够加速氧化池内电解液的流动速度，此外，当电解液从活塞筒内喷出时，喷出的电解液还能够对碳纤维的表面进行冲洗，从而避免电解液中的氧气、结晶盐以及杂质在碳纤维表面附着，保证电解的顺利进行。

Description

一种碳纤维的处理方法及系统

技术领域

本发明属于碳纤维生产技术领域，特别涉及一种碳纤维的处理方法及系统。

背景技术

碳纤维指的是含碳量在90％以上的高强度高模量纤维。，是由腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成。由于碳纤维主要由碳元素组成，因此其具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，其外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物。并且随着生产技术的不断提高，碳纤维也广泛应用于生产和生活的各个领域。

现有的碳纤维在生产过程中需要对碳纤维进行表面处理，而现有的表面处理方式主要为液相氧化法，该方法是将碳纤维置入带电的电解液中，以碳纤维作为阳极，用石墨板、铜板等材料作为阴极，在水温50摄氏度左右对碳纤维的表面进行蚀刻，但是在此过程中，随着蚀刻的进行，电解液中以及碳纤维的表面会释放氧气，其中部分氧气会被碳纤维吸收从而发生生吸附极化，此外电解产生的一些沿结晶也会吸附在碳纤维的表面，进而阻止电解反应的进行。

因此，发明一种碳纤维的处理方法及系统来解决上述问题很有必要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种碳纤维的处理方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳纤维的处理系统，包括氧化炉，所述氧化炉的一侧设有碳化炉，所述碳化炉远离预氧化炉的一侧设有液相氧化系统，所述液相氧化系统远离碳化炉的一侧设有清洗池，所述清洗池远离液相氧化系统的一侧设有热烘干机：

进一步的，所述液相氧化系统包括底座，所述底座的顶部固定连接有氧化池，所述氧化池内设有石墨板，所述石墨板上连接有导电杆，且导电杆与电源的负极相连，所述石墨板的顶部设有两个陶瓷的导向辊，所述导向辊的两端分别与氧化池前后侧的内壁转动连接，两个所述导向辊之间设有两个循环装置，两个所述循环装置分别与氧化池前后侧的内壁靠近，且两个循环装置之间连接有同一动力装置，所述导向辊的顶部设有导电辊，且导电辊与电源的正极相连，所述导电辊的两端均转动连接有固定板，所述固定板的底部与底座固定连接。

进一步的，所述循环装置包括活塞筒，所述活塞筒与氧化池对应一侧的内壁固定连接，所述活塞筒内滑动插接有活塞杆，所述活塞筒的底部固定连接有圆管，且圆管顶部与活塞筒底部连通，两个所述圆管相对的一侧均对称设有两个条板，两个所述条板呈上分布，且两个条板的对称位置与导向辊的底部齐平，所述条板为中空设计，且条板与圆管之间贯穿插接有连接管，所述条板远离圆管的一侧贯穿开设有多个出水孔。

进一步的，所述动力装置包括两个传动板，所述传动板沿其前后侧方向贯穿开设有条形孔，且两个传动板上的条形孔不同一侧的孔壁上均设有齿牙，所述条形孔内设有齿轮，且齿轮与齿牙啮合，两个所述齿轮间连接有同一传动轴，所述传动轴的两端均转动连接有支撑板，且其中一个支撑板远离氧化池的一侧安装有电机，且电机的转轴部分转动贯穿支撑板并与传动轴连接，所述传动轴的两侧均设有固定轴，所述固定轴的两端分别与两个支撑板转动连接，且固定轴上转动套接有两个滚轴，两个所述滚轴分别与两个传动板相对，滚轴对应位置的所述传动板上开设有竖槽，且滚轴与竖槽贴紧。

进一步的，位于同一高度的两个所述条板之间倾斜设有导向板，所述导向板前后侧靠近两端的位置均固定连接有安装板，两个所述安装板分别通过螺丝与两个条板固定连接，所述导向板的前后侧均固定连接有固定框，所述固定框内插接有收集盒，位于同一导向板上的两个所述收集盒相对的一侧均为开口设计，且收集盒开口一侧的顶部盒壁上铰接有挡板，两个所述挡板相对的一侧均设有挡条，且档条与收集盒底部盒壁固定连接，当前所述两个收集盒相离一侧的盒壁上安装有过滤板。

进一步的，所述导向板沿水平方向的投影长度与两个导向辊间的距离相同，且两个导向板相对的一侧均铰接有活动板。

进一步的，所述氧化池内设有两个刮板，两个所述刮板间均位于氧化池靠近清洗池的一侧，两个所述刮板呈上下分布，且刮板的前后侧分别与氧化池前后测的内壁固定连接。

进一步的，所述石墨板的底部设有两个支撑条，且支撑条与氧化池底部内壁固定连接。

进一步的，位于同一圆管上的两个所述条板间的距离，逐渐向靠近氧化池中部的方向变小。

本发明还提供了一种使用上述任意一项所述的用于一种碳纤维处理系统的处理方法，该方法包括以下步骤：

S1：将编制好的碳纤维放入氧化炉中，接着向氧化炉中通入高温氧化气体，对碳纤维的表面进行预氧化；

S2：将预氧化后的碳纤维放入碳化炉中，使其与无氧气体混合物进行反应；

S3：将碳化后的碳纤维通入液相氧化系统中，利用液相氧化系统对碳纤维的表面进行蚀刻操作；

S4：将经过液相氧化后的碳纤维通入清洗池，从而对其表面进行清洗；

S5：使用热烘干机对清洗后的碳纤维进行吹干。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明在对碳纤维进行液相氧化时，随着电机的工作，两个活塞杆能够交替的上下运动，当其中一个活塞杆配合活塞筒在对电解液进行吸取时，另一个活塞杆能够将对应活塞筒内的电解液向正在吸取电解液的活塞杆的方向推动，进而能够加速氧化池内电解液的流动速度，使电解液中的氧气、结晶盐以及杂质不易在碳纤维表面附着，此外，当电解液从活塞筒内喷出时，喷出的电解液还能够对碳纤维的表面进行冲洗，从而避免电解液中的氧气、结晶盐以及杂质在碳纤维表面附着，保证电解的顺利进行；

2、当导向板一侧的电解液在活塞杆的推动下从条板上的出水孔喷在碳纤维顶部和底部的表面时，电解液会沿着碳纤维的表面冲击在导向板上，随后电解液在导向板的导向作用下冲击在收集盒的挡板上，而挡板由于电解液的推动开始向收集盒的内部方向偏转，从而使得收集盒的开口得以打开，此时电解液能够带动电解液中的杂质以及结晶盐进入导向板对应一侧的收集盒内部，当电解液停止对挡板进行推动时，挡板能够在重力的作用下配合挡条将收集盒的开口关闭，进而使得电解液中的杂质以及结晶盐能够在过滤板的过滤作用下停留在收集盒内，减少结晶盐和杂质附着在碳纤维的表面。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书和附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中碳纤维处理系统的示意图；

图2是本发明中液相氧化系统的立体结构示意图；

图3是本发明中图2的A部放大图；

图4是本发明中液相氧化系统的立体结构剖视图；

图5是本发明中图4的主视图；

图6是本发明中循环装置和动力装置的立体结构示意图；

图7是本发明中图6的B部放大图；

图8是本发明中导向板和收集盒的立体结构剖视图；

图9是本发明中上下两个对应位置的收集盒的立体结构剖视图。

图中：1、氧化炉；2、碳化炉；3、液相氧化系统；31、底座；32、氧化池；33、石墨板；34、导电杆；35、导向辊；36、循环装置；361、活塞筒；362、活塞杆；363、圆管；364、条板；365、出水孔；37、动力装置；371、传动板；372、齿轮；373、传动轴；374、支撑板；375、电机；376、固定轴；377、滚轴；38、导电辊；4、清洗池；5、热烘干机；6、导向板；7、固定框；8、收集盒；9、挡板；10、挡条；11、过滤板；12、活动板；13、刮板；14、支撑条。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1-9所示的一种碳纤维的处理方法及系统，包括氧化炉1，所述氧化炉1的一侧设有碳化炉2，所述碳化炉2远离预氧化炉1的一侧设有液相氧化系统3，所述液相氧化系统3远离碳化炉2的一侧设有清洗池4，所述清洗池4远离液相氧化系统3的一侧设有热烘干机5：图1中L代表碳纤维。

如图2-图7所示，所述液相氧化系统3包括底座31，所述底座31的顶部固定连接有氧化池32，所述氧化池32内设有石墨板33，所述石墨板33上连接有导电杆34，且导电杆34与电源的负极相连，所述石墨板33的顶部设有两个陶瓷的导向辊35，所述导向辊35的两端分别与氧化池32前后侧的内壁转动连接，两个所述导向辊35之间设有两个循环装置36，两个所述循环装置36分别与氧化池32前后侧的内壁靠近，且两个循环装置36之间连接有同一动力装置37，所述导向辊35的顶部设有导电辊38，且导电辊38与电源的正极相连，所述导电辊38的两端均转动连接有固定板，所述固定板的底部与底座31固定连接，所述氧化池32内设有两个刮板13，两个所述刮板13间均位于氧化池32靠近清洗池4的一侧，两个所述刮板13呈上下分布，且刮板13的前后侧分别与氧化池32前后测的内壁固定连接，所述石墨板33的底部设有两个支撑条14，且支撑条14与氧化池32底部内壁固定连接；

在对碳纤维进行液相氧化时，先将碳纤维依次绕过两个导电辊38和两个导向辊35，随后向氧化池32内注入电解液，并使电解液能够没过活塞筒361，接着启动电源，使碳纤维能够在导电辊38的作用下带上正电，而石墨板33则能够带上负电并在支撑条14的支撑下位于碳纤维的底部，最后启动动力装置37，使两个循环装置36能在动力装置37的带动下交替的上下运动，从而实现对氧化池32内的电解液进行吸入和喷出的操作，并且在电解液从循环装置36内喷出时，电解液会喷在碳纤维的表面，从而能够避免氧气以及电解液中的结晶盐和杂质在碳纤维表面附着，进而保证电解的顺利进行；

当碳纤维从氧化池32内移出时，两个刮板13能对碳纤维的顶部和底部进行刮动，从而减少电解液被碳纤维带出氧化池32。

如图2-图7所示，所述循环装置36包括活塞筒361，所述活塞筒361与氧化池32对应一侧的内壁固定连接，所述活塞筒361内滑动插接有活塞杆362，所述活塞筒361的底部固定连接有圆管363，且圆管363顶部与活塞筒361底部连通，两个所述圆管363相对的一侧均对称设有两个条板364，两个所述条板364呈上分布，且两个条板364的对称位置与导向辊35的底部齐平，所述条板364为中空设计，且条板364与圆管363之间贯穿插接有连接管，所述条板364远离圆管363的一侧贯穿开设有多个出水孔365，位于同一圆管363上的两个所述条板364间的距离，逐渐向靠近氧化池32中部的方向变小。

当启动动力装置37时，活塞杆362在动力装置37的带动下沿着活塞筒361上下运动，当活塞杆362向上运动时，活塞杆362能够配合活塞筒361将氧化池32内的电解液吸入活塞筒361和圆管363内，当活塞杆362向上运动时，位于塞筒和圆管363内的电解液能够在活塞杆362的推动下通过两个条板364分别喷在碳纤维的顶部和底部表面，从而使附着在碳纤维表面的氧气、结晶盐以及杂质能够与碳纤维分离，进而保证电解的顺利进行。

如图2和图3所示，所述动力装置37包括两个传动板371，所述传动板371沿其前后侧方向贯穿开设有条形孔，且两个传动板371上的条形孔不同一侧的孔壁上均设有齿牙，所述条形孔内设有齿轮372，且齿轮372与齿牙啮合，两个所述齿轮372间连接有同一传动轴373，所述传动轴373的两端均转动连接有支撑板374，且其中一个支撑板374远离氧化池32的一侧安装有电机375，且电机375的转轴部分转动贯穿支撑板374并与传动轴373连接，所述传动轴373的两侧均设有固定轴376，所述固定轴376的两端分别与两个支撑板374转动连接，且固定轴376上转动套接有两个滚轴377，两个所述滚轴377分别与两个传动板371相对，滚轴377对应位置的所述传动板371上开设有竖槽，且滚轴377与竖槽贴紧；

当电机375工作时，电机375通过传动轴373带动两个齿轮372转动，由于两个传动板371上的齿牙分别位于齿轮372的两侧，因此当其中一个传动板371在对应齿轮372的带动下向上运动时，另一个传动板371能够在另一个齿轮372的带动下向下运动，从而使得当一个活塞杆362配合活塞筒361在对电解液进行吸取时，另一个活塞杆362能够将对应活塞筒361内的电解液向正在吸取电解液的活塞杆362的方向推动，进而能够加速氧化池32内电解液的流动速度，使电解液中的氧气、结晶盐以及杂质不易在碳纤维表面附着；

当向上运动活塞杆362运动到最大高度时，电机375反向转动，从而使两个活塞杆362向原先相反的方向运动；

此外，当电解液从活塞筒361内喷出时，喷出的电解液能够对碳纤维的表面进行冲洗，从而避免电解液中的氧气、结晶盐以及杂质在碳纤维表面附着，保证电解的顺利进行。

如图3、图8和图9所示，位于同一高度的两个所述条板364之间倾斜设有导向板6，所述导向板6前后侧靠近两端的位置均固定连接有安装板，两个所述安装板分别通过螺丝与两个条板364固定连接，所述导向板6的前后侧均固定连接有固定框7，所述固定框7内插接有收集盒8，位于同一导向板6上的两个所述收集盒8相对的一侧均为开口设计，且收集盒8开口一侧的顶部盒壁上铰接有挡板9，两个所述挡板9相对的一侧均设有挡条10，且档条与收集盒8底部盒壁固定连接，当前所述两个收集盒8相离一侧的盒壁上安装有过滤板11，所述导向板6沿水平方向的投影长度与两个导向辊35间的距离相同，且两个导向板6相对的一侧均铰接有活动板12；

当导向板6一侧的电解液在活塞杆362的推动下从条板364上的出水孔365喷在碳纤维顶部和底部的表面时，电解液会沿着碳纤维的表面冲击在导向板6上，随后电解液在导向板6的导向作用下冲击在收集盒8的挡板9上，而挡板9由于电解液的推动开始向收集盒8的内部方向偏转，从而使得收集盒8的开口得以打开，此时电解液能够带动电解液中的杂质以及结晶盐进入导向板6对应一侧的收集盒8内部，当电解液停止对挡板9进行推动时，挡板9能够在重力的作用下配合挡条10将收集盒8的开口关闭，进而使得电解液中的杂质以及结晶盐能够在过滤板11的过滤作用下停留在收集盒8内，减少结晶盐和杂质附着在碳纤维的表面；

与此同时，导向板6另一侧的电解液能够在活塞筒361和活塞杆362的配合作用下被吸入圆管363和活塞筒361内，当原先向下运动的活塞杆362向上运动时，该活塞杆362能向下运动，从而推动对应活塞筒361内的电解液冲击在导向板6的另一侧，在此过程中，由于导向板6的存在，原先导向板6一侧的电解液中残留的动能不会对导向板6另一侧的电解液产生影响，并且由于导向板6是倾斜设置的，因此导向板6两侧的电解液能够在两个活塞杆362的推压下沿顺时针或逆时针方向单一流动，从而使氧化池32内的水呈现一定的循环效果，进而使氧气和结晶盐不易吸附在碳纤维的表面，保证了电解的顺利进行；

当碳纤维从氧化池32内移出时，活动板12能够贴合在碳纤维的表面，从而对碳纤维的表面进一步进行刮动，从而使碳纤维表面附着的氧气泡、杂质已经结晶盐从碳纤维的前侧或后侧方向移开，提高碳纤维液相氧化后表面的清洁度，提高后续清洗池4的清洗效率与效果。

本发明还提供了一种使用上述任意一项所述的用于一种碳纤维处理系统的处理方法，该方法包括以下步骤：

S1：将编制好的碳纤维放入氧化炉1中，接着向氧化炉1中通入高温氧化气体，对碳纤维的表面进行预氧化，其中氧化炉1的温度为249℃-260℃，在此环境下，能够有效促进碳纤维与空气中的氧分子结合，从而使碳纤维的纤维原子结构能重新排列；

S2：将预氧化后的碳纤维放入碳化炉2中，使其与无氧气体混合物进行反应，从而排除碳纤维中的非碳原子，并转换剩余的碳原子和结合结晶；

S3：将碳化后的碳纤维通入液相氧化系统3中，利用液相氧化系统3对碳纤维的表面进行蚀刻操作，使碳纤维的表面引入足够浓度的活性基团，进而使碳纤维的界面粘合强度得到有效提高；

S4：将经过液相氧化后的碳纤维通入清洗池4，从而对其表面残留的金属离子与结晶盐进行清洗，使其表面更加干净，便于后续的加工操作；

S5：使用热烘干机5对清洗后的碳纤维进行吹干。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种碳纤维的处理系统，其特征在于：包括氧化炉(1)，所述氧化炉(1)的一侧设有碳化炉(2)，所述碳化炉(2)远离氧化炉(1)的一侧设有液相氧化系统(3)，所述液相氧化系统(3)远离碳化炉(2)的一侧设有清洗池(4)，所述清洗池(4)远离液相氧化系统(3)的一侧设有热烘干机(5)；

所述液相氧化系统(3)包括底座(31)，所述底座(31)的顶部固定连接有氧化池(32)，所述氧化池(32)内设有石墨板(33)，所述石墨板(33)上连接有导电杆(34)，且导电杆(34)与电源的负极相连，所述石墨板(33)的顶部设有两个陶瓷的导向辊(35)，所述导向辊(35)的两端分别与氧化池(32)前后侧的内壁转动连接，两个所述导向辊(35)之间设有两个循环装置(36)，两个所述循环装置(36)分别与氧化池(32)前后侧的内壁靠近，且两个循环装置(36)之间连接有同一动力装置(37)，所述导向辊(35)的顶部设有导电辊(38)，且导电辊(38)与电源的正极相连，所述导电辊(38)的两端均转动连接有固定板，所述固定板的底部与底座(31)固定连接；

所述循环装置(36)包括活塞筒(361)，所述活塞筒(361)与氧化池(32)对应一侧的内壁固定连接，所述活塞筒(361)内滑动插接有活塞杆(362)，所述活塞筒(361)的底部固定连接有圆管(363)，且圆管(363)顶部与活塞筒(361)底部连通，两个所述圆管(363)相对的一侧均对称设有两个条板(364)，两个所述条板(364)呈上分布，且两个条板(364)的对称位置与导向辊(35)的底部齐平，所述条板(364)为中空设计，且条板(364)与圆管(363)之间贯穿插接有连接管，所述条板(364)远离圆管(363)的一侧贯穿开设有多个出水孔(365)；

所述动力装置(37)包括两个传动板(371)，所述传动板(371)沿其前后侧方向贯穿开设有条形孔，且两个传动板(371)上的条形孔不同一侧的孔壁上均设有齿牙，所述条形孔内设有齿轮(372)，且齿轮(372)与齿牙啮合，两个所述齿轮(372)间连接有同一传动轴(373)，所述传动轴(373)的两端均转动连接有支撑板(374)，且其中一个支撑板(374)远离氧化池(32)的一侧安装有电机(375)，且电机(375)的转轴部分转动贯穿支撑板(374)并与传动轴(373)连接，所述传动轴(373)的两侧均设有固定轴(376)，所述固定轴(376)的两端分别与两个支撑板(374)转动连接，且固定轴(376)上转动套接有两个滚轴(377)，两个所述滚轴(377)分别与两个传动板(371)相对，滚轴(377)对应位置的所述传动板(371)上开设有竖槽，且滚轴(377)与竖槽贴紧；

位于同一高度的两个所述条板(364)之间倾斜设有导向板(6)，所述导向板(6)前后侧靠近两端的位置均固定连接有安装板，两个所述安装板分别通过螺丝与两个条板(364)固定连接，所述导向板(6)的前后侧均固定连接有固定框(7)，所述固定框(7)内插接有收集盒(8)，位于同一导向板(6)上的两个所述收集盒(8)相对的一侧均为开口设计，且收集盒(8)开口一侧的顶部盒壁上铰接有挡板(9)，两个所述挡板(9)相对的一侧均设有挡条(10)，且档条与收集盒(8)底部盒壁固定连接，当前所述两个收集盒(8)相离一侧的盒壁上安装有过滤板(11)；所述石墨板(33)的底部设有两个支撑条(14)，且支撑条(14)与氧化池(32)底部内壁固定连接，位于同一圆管(363)上的两个所述条板(364)间的距离，逐渐向靠近氧化池(32)中部的方向变小；所述导向板(6)沿水平方向的投影长度与两个导向辊(35)间的距离相同，且两个导向板(6)相对的一侧均铰接有活动板(12)。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维的处理系统，其特征在于：所述氧化池(32)内设有两个刮板(13)，两个所述刮板(13)间均位于氧化池(32)靠近清洗池(4)的一侧，两个所述刮板(13)呈上下分布，且刮板(13)的前后侧分别与氧化池(32)前后测的内壁固定连接。

3.一种使用权利要求1-2中任意一项所述的碳纤维处理系统的处理方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：将编制好的碳纤维放入氧化炉(1)中，接着向氧化炉(1)中通入高温氧化气体，对碳纤维的表面进行预氧化；

S2：将预氧化后的碳纤维放入碳化炉(2)中，使其与无氧气体混合物进行反应；

S3：将碳化后的碳纤维通入液相氧化系统(3)中，利用液相氧化系统(3)对碳纤维的表面进行蚀刻操作；

S4：将经过液相氧化后的碳纤维通入清洗池(4)，从而对其表面进行清洗；

S5：使用热烘干机(5)对清洗后的碳纤维进行吹干。