CN114908502A - 一种在线、连续的碳纤维表面改性装置 - Google Patents

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宋文哲
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Abstract

本发明公开了一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，包括底板，所述底板上从左至右依次设置有从动绕线辊、高温烧蚀装置、清洗装置、风干装置、活化处理装置、清洗装置、干燥装置、上浆装置、干燥装置、主动绕线辊，在从动绕线辊上缠绕有碳纤维，缠绕在从动绕线辊上碳纤维依次经过各个装置最终引到主动绕线辊；本发明对连续碳纤维进行在线、连续的去浆、活化、上浆处理，提高碳纤维与树脂的界面结合能力。

Description

一种在线、连续的碳纤维表面改性装置
技术领域
本发明属于碳纤维表面加工领域，尤其涉及一种在线、连续的碳纤维表面改性装置。
背景技术
碳纤维是一种高强度、高模量的高性能纤维，其具有抗疲劳性好、化学稳定性好等优点，碳纤维主要作为增强材料添加到树脂等基体中，构成复合材料，具有很多优异的性能，碳纤维复合材料具有不可替代的优势。但是由于碳纤维表面能低、活性基团少、表面呈化学惰性，导致碳纤维与树脂基体浸润性很差，二者的界面结合强度很小，未经处理的碳纤维表面包覆有少量热固性树脂，很难与特定的树脂实现很好的界面结合，因此需要对碳纤维进行去浆、活化、上浆处理，实现碳纤维与树脂基体的良好界面结合 。
目前传统的碳纤维表面改性装置中，工序需要分步进行，操作复杂，不能高效、在线、连续的实现碳纤维的表面改性处理。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，操作简单，效率提高。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种连续碳纤维的表面改性装置，包括底板，所述底板上从左至右依次设置有从动绕线辊、高温烧蚀装置、清洗装置、风干装置、活化处理装置、清洗装置、干燥装置、上浆装置、干燥装置、主动绕线辊，在从动绕线辊上缠绕有碳纤维，缠绕在从动绕线辊上碳纤维依次经过各个装置最终引到主动绕线辊。
本发明一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，高温烧蚀装置固定于左右两根支架上，支架底部打孔固定于底板，高温烧蚀装置为圆柱状，中间掏空，其中耐火管环形空隙中设置有多根电热棒，管内一端设置温控探头。
本发明一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，清洗装置中设置喷头一排，下方设置略大的水池，右端设置风干装置。
本发明一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，活化处理装置中设置玻璃容器，置于前后两根支架下方，支架高度略大于玻璃容器高度，底部打孔固定于底板，上方梁上倾斜向下延伸出设置有孔的结构，高度略大于玻璃容器内底高度；内部溶液为浓硫酸和浓硝酸。
本发明一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，清洗装置中设置喷头一排，下方设置略大的水池，右端设置干燥装置。
本发明一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，所述上浆装置为顶部为敞口状的长方体，所述上浆装置的左、右设有第三开孔，每个所述第三开孔作圆倒角处理，其中靠近内部左、右内壁旁设有内侧支架，每个所述内侧支架旁设有辅助支架；其中内侧支架和辅助支架上均设有安装孔；每个所述安装孔上设有送料导轮。
本发明一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，内侧支架高于辅助支架。
本发明一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，主动绕线辊内轴与电机相连。
本发明的有益之处：
1、整个处理过程通过主动绕线辊控制速度，电机控制转速，从而控制主动绕线辊的转速，进而控制对纤维的牵引速度；其中牵引速度决定了纤维经过每个装置所需时间，时间不同，处理效果也会有所变化，视具体处理情况，适当改变其速度。
2、在线、连续的完成碳纤维的去浆、活化、上浆处理，高温烧蚀去浆后，通过混酸活化，使碳纤维表面生成活性官能团，根据后续制备复合材料时选用的树脂基体，选择合适的上浆剂，最终得到表面改性后的碳纤维丝材，提高纤维与树脂的界面结合强度，整套装置操作简单、高效。
3、增加了混酸活化装置，从而实现高温烧蚀去除碳纤维表面惰性物质后，对碳纤维表面进行混酸活化，使其表面产生活性基团，最后可根据后续成型复合材料所用树脂选择合适的上浆剂，综合提高界面结合效果，同时整个过程在线、连续进行，实现高效改性。
附图说明
图1为本发明一种在线、连续碳纤维表面改性装置结构图。
图2为本发明一种在线、连续碳纤维表面改性装置的高温烧蚀装置结构图。
图3为本发明一种在线、连续碳纤维表面改性装置的活化处理装置结构图。
图4为本发明一种在线、连续碳纤维表面改性装置的上浆装置结构图；
图5、为高温烧蚀装置3的放大图，其中301为耐火管壁，302为放置电热棒的位置，电热棒与上下壁面贴合，303为温控探头，304为支架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
本发明一种连续碳纤维的表面改性装置，如图1所示，包括底板1，所述底板上从左至右依次设置有从动绕线辊2、高温烧蚀装置3、清洗装置4、风干装置5、活化处理装置6、清洗装置7、干燥装置8、上浆装置9、干燥装置10、主动绕线辊11，在从动绕线辊2上缠绕有碳纤维，缠绕在从动绕线辊2上碳纤维依次经过高温烧蚀装置3去浆、清洗装置4清洗干净、风干装置5风干碳纤维、通过滑轮进入盛有混酸的玻璃容器601进行活化处理再由滑轮引出、清洗装置7清洗至中性、干燥装置8干燥碳纤维、通过孔进入上浆装置9并由滑轮引入上浆剂进行上浆再由滑轮引出并通过孔离开、干燥装置10干燥碳纤维后最终引到主动绕线辊11收卷，整套装置依靠主动绕线辊11转动牵引碳纤维，控制速度，完成整个表面改性处理过程。
如图2所示，高温烧蚀装置3固定于左右两根树杈状支架304上，支架304底部打四个第一安装孔305固定于底板1，高温烧蚀装置3为圆柱状，中间掏空，其中耐火管301环形空隙中设置有多根电热棒302，加热至高温使碳纤维表面包覆物脱落，管内一端设置温控探头303，可调控温度0-400℃。
清洗装置4中设置喷头一排，下方设置略大的水池，储存喷淋下的蒸馏水，右端设置风干装置5，可调控风速。
如图3所示，活化处理装置6中设置玻璃容器601，置于前后两根支架602下方，支架602高度略大于玻璃容器601高度，底部打八个第二安装孔603固定于底板1，上方梁上倾斜向下延伸设有延伸杆，其中延伸杆上设有导轮安装孔604，用于安装滑轮引导碳纤维，高度略大于玻璃容器601内底高度；玻璃容器内部溶液为浓硫酸和浓硝酸，二者体积比为3：1。硫酸根离子对碳原子上电子的吸引，使碳原子活性提高，因此混酸更有利于对纤维的氧化。清洗装置7中设置喷头一排，下方设置略大的水池，储存喷淋下的蒸馏水，右端设置干燥装置8，温度设置120℃。
如图4所示，所述上浆装置9为顶部为敞口状的长方体，所述上浆装置9的左、右设有第三开孔901，每个所述第三开孔901作圆倒角处理，其中靠近内部左、右内壁旁设有内侧支架902，每个所述内侧支架902旁设有辅助支架903；其中内侧支架902和辅助支架903上均设有安装孔904；用于安装滑轮引导碳纤维；每个所述安装孔904上设有送料导轮；内部溶液为聚醚酮酮型上浆剂；内侧支架902高于辅助支架903。
主动绕线辊11内轴1101与电机相连，通过电机控制主动绕线辊转动及转速，从而控制整套处理过程的速度。
本发明添加了混酸活化装置，从而实现高温烧蚀去除碳纤维表面惰性物质后，对碳纤维表面进行混酸活化，使其表面产生活性基团，最后可根据后续成型复合材料所用树脂选择合适的上浆剂，综合提高界面结合效果，同时整个过程在线、连续进行，实现高效改性。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (8)

1.一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，其特征在于：包括底板（1），所述底板（1）上从左至右依次设置有从动绕线辊（2）、高温烧蚀装置（3）、清洗装置（4）、风干装置（5）、活化处理装置（6）、清洗装置（7）、干燥装置（8）、上浆装置（9）、干燥装置（10）和主动绕线辊（11）。
2.根据权利要求1所述一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，其特征在于：所述高温烧蚀装置（3）固定于左、右两根第一支架（304）上，支架（304）底部打孔固定于底板（1）上，高温烧蚀装置（3）为圆柱状，中间掏空，其中耐火管（301）环形空隙中设置有多根电热棒（302），管内一端设置温控探头（303）。
3.根据权利要求1所述一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，其特征在于：所述清洗装置（4）中设置喷头一排，下方设置水池。
4.根据权利要求1所述一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，其特征在于：所述活化处理装置（6）中设置玻璃容器（601），置于前、后两根第二支架（602）下方，第二支架（602）高度大于玻璃容器（601）高度，底部打孔固定于底板（1），其中第二支架（602）的底部两侧倾斜设有向下延伸的延伸杆；其中延伸杆上设有导轮安装孔（604）；玻璃容器（601）内部溶液为浓硫酸和浓硝酸。
5.根据权利要求1所述一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，其特征在于：所述清洗装置（7）中设置喷头一排，下方设置水池，右端设置干燥装置（8）。
6.根据权利要求1所述一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，其特征在于：所述上浆装置（9）为顶部为敞口状的长方体，所述上浆装置（9）的左、右设有第三开孔（901），每个所述第三开孔（901）作圆倒角处理，其中靠近内部左、右内壁旁设有内侧支架（902），每个所述内侧支架（902）旁设有辅助支架（903）；其中内侧支架（902）和辅助支架（903）上均设有安装孔（904）；每个所述安装孔（904）上设有送料导轮。
7.根据权利要求6所述一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，其特征在于：内侧支架（902）高于辅助支架（903）。
8.根据权利要求1所述一种在线、连续的碳纤维表面改性装置，其特征在于：所述主动绕线辊（11）放入内轴（1101）与电机相连。
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