CN205529094U - 碳纤维表面处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于对纤维及纤维制品进行处理领域，特别是涉及一种碳纤维表面处理装置，以解决纤维束内外层单丝氧化程度不均的问题。为解决该技术问题，本实用新型的碳纤维表面处理装置中还设置有可对进入电解液之前和/或之后的纤维束提供冲击力的扩幅装置，随输送装置向前运动的纤维束是会聚成束的，会聚成束的纤维束直接进入电解液中会因底层纤维丝与电解液接触不充分而不能充分被氧化，而扩幅装置提供的冲击力有利于使成束的纤维丝平铺分散，从而增大纤维束与电解液接触面积，有利于促进内层纤维丝被氧化，使纤维束内外层的单丝被均匀氧化。

Description

碳纤维表面处理装置

技术领域

本实用新型属于对纤维及纤维制品进行处理领域，特别是涉及一种碳纤维表面处理装置。

背景技术

碳纤维具有高模量、高导电性及高导热性等优点，可广泛应用于运载火箭、航空航天及人造卫星等高尖端领域。碳纤维主要作为复合材料的增强体使用，其表面活性直接影响着复合材料界面粘接性能。经高温碳化或石墨化热处理后，碳纤维表面光滑、表面能低、呈现出较强的憎水性，导致纤维与树脂基体界面结合强度低，直接影响到制成的复合材料难以发挥出优异的物理化学性能。因此在复合材料生产之前需要先对碳纤维进行表面处理，以在碳纤维表面引入活性含氧官能团，提高碳纤维与树脂基体的粘接强度。目前，可用于工业配套生产的表面处理方法主要有气相氧化法和阳极电解氧化法。气相氧化法的操作弹性窄、调控难度大、稳定性差，直接影响了气相氧化法在工业生产中的应用。而阳极电解氧化法的氧化反应缓和、易于调控，在工业生产中得到广泛应用。

阳极电解氧化法即是将纤维束与电源正极电连接，在酸性或碱性电解质溶液中对碳纤维进而表面氧化处理。中国专利CN105297395A公开了一种液相等离子体连续处理碳纤维表面的方法及处理装置，该专利所公开的技术方案中，电解槽中于电解液的液面以下平行地设有阴、阳电极，两电极之间的区域为等离子弧区，碳纤维束在由放线机、收线机、压轮及电机组成的输送装置的带动下连续地穿过上述等离子弧区，使纤维表面与电解反应生成的新生态氧或羟基自由基等发生氧化还原反应而完成表面改性，以增加碳纤维表面的不规则碳的含量。在上述技术方案中，由于碳纤维表面的强憎水性，当纤维束进入电解槽时，内层的纤维丝不能快速被电解液润湿，进而造成了外层纤维丝被过度氧化或充分氧化而内层纤维丝氧化不充分或是不能被氧化，导致纤维束内外层单丝氧化程度不均。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种碳纤维表面处理装置，以解决纤维束内外层单丝氧化程度不均的问题。

为解决该技术问题，本实用新型的碳纤维表面处理装置采用以下技术方案：

碳纤维表面处理装置，包括电解槽及用于输送纤维束的输送装置，表面处理装置还包括用于向处于电解液之内的纤维束和/或处于电解液之外的纤维束提供流体冲击力以使纤维束分散的扩幅装置。

输送装置包括沿纤维束的输送路线布置的多个换向辊，任意两个供纤维束顺序绕经的换向辊中，位置靠前的换向辊为前换向辊，位置靠后的换向辊为后换向辊，扩幅装置对前、后换向辊之间的纤维束产生流体冲击力，前换向辊和后换向辊中的至少一个为具有鼓形外辊面的扩幅辊。

电解槽的上方设置有溢液孔，所述扩幅辊位于溢液孔以下。

鼓形的扩幅辊的两端设有直径渐变增大以防止纤维束中单丝由扩幅辊两端散出的限位端。

所述扩幅装置包括沿纤维束的传送路线布置的喷淋管，喷淋管上设有朝向纤维束的并且出口处的水流冲击强度可调的喷口。

纤维束沿其传送路线进入电解槽的一端为进端，被送出电解槽的一端为出端；喷淋管包括设置于液面以下的下喷淋管及设置于进端处液面之上的进端上喷淋管。

喷淋管还包括设置于出端处液面以上的出端上喷淋管。

所述电解槽置于循环槽中，电解槽上方开设有供电解液溢出至循环槽中的溢液孔，循环槽中的液体经泵抽吸送至所述喷淋管。

所述喷淋管在竖直面内的投影完全处于电解槽内以保证由喷淋管喷出的液体完全落回至电解槽内。

所述循环槽中设有分隔循环槽内空间的滤网，泵的入液口与电解槽置于滤网的两侧。

对本实用新型的有益效果的分析：本实用新型的碳纤维表面处理装置中还设置有可对进入电解液之前和/或之后的纤维束提供冲击力的扩幅装置，随输送装置向前运动的纤维束是会聚成束的，会聚成束的纤维束直接进入电解液中会因底层纤维丝与电解液接触不充分而不能充分被氧化，而扩幅装置提供的冲击力有利于使成束的纤维丝平铺分散，从而增大纤维束与电解液接触面积，有利于促进内层纤维丝被氧化，使纤维束内外层的单丝被均匀氧化。

附图说明

图1为本实用新型的碳纤维表面处理装置的一个实施例的具体结构示意图；

图2为图1中鼓形导辊的立体结构示意图。

具体实施方式

碳纤维表面处理装置的实施例：

碳纤维表面处理装置包括用于存放电解液的电解槽3，会聚成束的碳纤维1由左侧的进端进入电解槽3，电解结束后再由电解槽的右侧的出端流出至下一相应工序，在碳纤维1的移动线路上依次设有第一圆柱形阳极导辊21、第二圆柱形阳极导辊22、第一鼓形导辊71、第二鼓形导辊72、第三圆柱形阳极导辊23、第四圆柱形阳极导辊24，四个圆柱形阳极导辊对碳纤维的移动起到换向作用。第一圆柱形阳极导辊21、第二圆柱形阳极导辊22上下交错地布置在电解槽上方的左侧区域，第一圆柱形阳极导辊21偏右布置；第三圆柱形阳极导辊23、第四圆柱形阳极导辊24上下交错地布置在电解槽上方的右侧区域，第四圆柱形阳极导辊24偏左布置。第一鼓形导辊71、第二鼓形导辊72均处于电解槽3中的电解液中，两鼓形导辊7在左右方向上处于第二圆柱形阳极导辊22与第三圆柱形阳极导辊23之间。鼓形导辊7为回转体，具体是包括中部的具有鼓形外辊面的鼓肚结构711及两端的直径渐变增大的限位端712，鼓肚结构在减小导辊与纤维束之间的横向摩擦力的同时也会促进更多的纤维丝向直径更小的鼓形导辊的两侧移动分散，以利于纤维束在电解液中的进一步分散。限位端712可防止纤维丝由鼓形导辊的两端面散出，进而避免了散出的纤维丝被缠裹钩挂在导辊轴上。

四个圆柱形阳极导辊均与直流电源的正极相连接，因而圆柱形阳极导辊与碳纤维1作为电解装置的阳极使用，电解装置的阴极板5垂直设于两鼓形导辊的下方。

电解槽3整体放置于循环槽4内，电解槽3的上方槽壁上设置有溢液孔31，电解槽3中的电解液由溢液孔31注入循环槽4内，循环槽4内于电解槽3的右侧设有滤网8，滤网8将循环槽4内部空间分成两部分，传送泵将滤网8右侧的电解液抽吸送入喷洒管6中。喷洒管6包括水平布置于鼓形导辊上方的第一管道61及由第一管道61的两端向侧上方延伸的第二管道62、第三管道63，一端高于电解液液面的第二管道62设置于第一管道61的左端且向左上方延伸，一端高于电解液液面的第三管道63设于第一管道61的右端且向右上方延伸。第二管道62平行于第二圆柱形阳极导辊22与第一鼓形导辊71之间的碳纤维1布置，且其最上端低于第二圆柱形阳极导辊22的高度；第三管道63平行于第三圆柱形阳极导辊23与第二鼓形导辊72之间的碳纤维1布置，且其最上端低于第三圆柱形阳极导辊23的高度。第二管道62和第三管道63上间隔设有多个喷头64，喷头64部分布置于电解槽3中、部分布置于电解槽3的上方，即喷头64部分处于电解液液面以下、部分处于电解液液面以上。第二管道62的处于液面以上的部分构成进端上喷淋管，第三管道63的处于液面以上的部分构成出端上喷淋管，第一管道61及第二、三管道处于液面以下的部分共同构成了下喷淋管。各喷头与喷淋管之间设有通过调节开度以调节喷头处出水速度及水流冲击强度大小的阀门，在实际使用中液面以上的喷头的出水速度应调整至小于液面之下的喷头的出水速度，从而避免纤维原丝在水流冲击的作用下折断。

该装置的工作过程如下：圆柱形阳极导辊与鼓形导辊启动并带动碳纤维沿其移动路线移动，在碳纤维1移动的过程中，左侧处于液面上的喷头64将电解液喷淋至经第二圆柱形阳极导辊22换向后的碳纤维1，借助电解液的冲击作用将碳纤维1扩幅分散并润湿分散后的碳纤维丝。被润湿的碳纤维1移动至电解液液面以下后，初步分散的碳纤维1在喷头64的水流冲击及电解槽3中水流定向流动的冲击力的作用下进一步扩幅，有助于电解液在纤维束内部的扩散传质过程，喷头64的水流冲击及电解槽3中水流定向流动的冲击力同时也增强了电解槽内部电解液的传质过程。均匀分散后的碳纤维1在液面以下沿其移动线路向前运动的同时会进一步被电解液氧化，在冲击力的作用下流动的电解液还会对纤维束起到清洗作用，以洗去碳纤维表面的浮碳，当纤维束运动到由右侧露出电解液的液面时，右侧液面以上的喷头64继续向流入下一工序之前的碳纤维１喷洒过滤后的电解液，以进一步地清除碳纤维表面的氧化蚀刻残留物。

在其他实施例中：所述鼓形导辊也可以是凸出部设于端部的、在轴向上具有可以促进纤维束中单丝向两端扩散的直径渐变段的扩幅辊；第二、第三圆柱形导向辊中的一个或两个也可以是鼓形导辊而非圆柱形导辊；在鼓形导辊足够大可保证纤维束不会由鼓形导辊两端散出的情况下，鼓形导辊的两端也就不需要设置限位端；送至喷淋管的液体也可以由另外设置的水箱中抽出的水或电解液，此时循环槽可省去；在能保证对氧化后的碳纤维的清洗效果时，右侧液面以上的出端上喷淋管及喷头也可取消；也可不预先对纤维丝进行润湿，此时可取消左侧液面以上的构成进端上喷淋管的喷洒水管及喷头；喷洒水管及喷头还可以被搅动辊、喷气装置等可以加速电解槽中的液体流速以带动纤维束中单丝分散的扩幅装置来代替。

Claims (10)

1.碳纤维表面处理装置，包括电解槽及用于输送纤维束的输送装置，其特征在于：表面处理装置还包括用于向处于电解液之内的纤维束和/或处于电解液之外的纤维束提供流体冲击力以使纤维束分散的扩幅装置。

2.根据权利要求1所述的碳纤维表面处理装置，其特征在于：输送装置包括沿纤维束的输送路线布置的多个换向辊，任意两个供纤维束顺序绕经的换向辊中，位置靠前的换向辊为前换向辊，位置靠后的换向辊为后换向辊，扩幅装置对前、后换向辊之间的纤维束产生流体冲击力，前换向辊和后换向辊中的至少一个为具有鼓形外辊面的扩幅辊。

3.根据权利要求2所述的碳纤维表面处理装置，其特征在于：电解槽的上方设置有溢液孔，所述扩幅辊位于溢液孔以下。

4.根据权利要求2或3所述的碳纤维表面处理装置，其特征在于：鼓形的扩幅辊的两端设有直径渐变增大以防止纤维束中单丝由扩幅辊两端散出的限位端。

5.根据权利要求1所述的碳纤维表面处理装置，其特征在于：所述扩幅装置包括沿纤维束的传送路线布置的喷淋管，喷淋管上设有朝向纤维束的并且出口处的水流冲击强度可调的喷口。

6.根据权利要求5所述的碳纤维表面处理装置，其特征在于：纤维束沿其传送路线进入电解槽的一端为进端，被送出电解槽的一端为出端；喷淋管包括设置于液面以下的下喷淋管及设置于进端处液面之上的进端上喷淋管。

7.根据权利要求6所述的碳纤维表面处理装置，其特征在于：喷淋管还包括设置于出端处液面以上的出端上喷淋管。

8.根据权利要求6或7所述的碳纤维表面处理装置，其特征在于：所述电解槽置于循环槽中，电解槽上方开设有供电解液溢出至循环槽中的溢液孔，循环槽中的液体经泵抽吸送至所述喷淋管。

9.根据权利要求8所述的碳纤维表面处理装置，其特征在于：所述喷淋管在竖直面内的投影完全处于电解槽内以保证由喷淋管喷出的液体完全落回至电解槽内。

10.根据权利要求8所述的碳纤维表面处理装置，其特征在于：所述循环槽中设有分隔循环槽内空间的滤网，泵的入液口与电解槽置于滤网的两侧。