TWM538512U - 碳纖維表面油劑更換設備 - Google Patents

Description

碳纖維表面油劑更換設備

本創作係有關碳纖維之表面處理設備，旨在提供一種可以有效將碳纖維紗線表面之油劑進行更換的碳纖維表面油劑更換設備。

碳纖維又稱碳化纖維，其由於具有優異的力學特性及電氣特性，可廣泛應用於各種用途；目前坊間所見之碳纖維多係將聚丙烯腈系纖維等碳纖維的前驅物纖維(precursor fiber)成束而成的碳纖維前驅物纖維束進行煅燒獲得。

未經過處理的碳纖維對基質具有不足之黏附性，而且其具有不良之橫向性質，如分離強度及切力強度，因此較少直接利用，通常依照用途成型為與基質樹脂組合的碳纖維複合材料；另一方面，因為碳纖維及石墨纖維特別硬、脆、缺乏可黏合性、彎曲力、耐磨性，其在出廠前多會於表面塗佈一層油劑(上漿劑)，以保護纖維不致摩擦斷裂。

以往碳纖複合材料為完整利用碳纖維優異之機械特性，其基質樹脂多採用熱固型樹脂材料，成為所謂熱固型碳纖維複合材料，與熱塑型碳纖維複合材料最大的差異性在於，傳統熱固型碳纖維複合材料之成型時間長，導致模具的使用率較低，產能亦相對較低。

然而，目前市售碳纖維原料表面之油劑仍大多數係為依照熱固型樹脂之濕潤性而設計的熱固型樹脂油劑，若要進一步將此類碳纖維原料製作成為熱塑型碳纖維複合材料，其碳纖維原料與樹脂之間則會因為介面不匹配而無法形成完整接合介面，成為其無法應用於以射出成型為主要加工手段之各種電氣、電子零件、機械零件及汽車零件等產品的主要因素。

有鑑於此，本創作即在提供一種可以有效將碳纖維紗線表面之油劑進行更換的碳纖維表面油劑更換設備，為其主要目的者。

為了達到上揭目的，本創作之碳纖維表面油劑更換設備，至少包含：一供料模組，係能夠提供一碳纖維紗線，該碳纖維紗線係被覆蓋有一第一種油劑；一收料模組，係設於該供料模組之周邊處並與該供料模組對應構成一碳纖維紗線拖曳行程，且該收料模組至少設有一捲紗組件，該捲紗組件能夠承接由該供料模組釋出之該碳纖維紗線並且能夠對該碳纖維紗線產生拖曳作用；一去漿模組，係設於該供料模組與該收料模組之間的該碳纖維紗線拖曳行程處，係能夠去除該第一種油劑；一電漿表面處理模組，係設於該去漿模組與該收料模組之間的該碳纖維紗線拖曳行程處，係能夠提供一電漿氣流作用於該碳纖維紗線；一上漿模組，係設於該電漿表面處理模組與該收料模組之間的該碳纖維紗線拖曳行程處，係能夠將一第二種油劑覆蓋該碳纖維紗線。

利用上述結構特徵，本創作之碳纖維表面油劑更換設備，可在供料模組、去漿模組、電漿表面處理模組、上漿模組以及收料模組之整合運作下，令供料模組釋出的碳纖維紗線按照預先設定之速度依序完成去漿、電漿表面處理及上漿等加工流程，以相對更為積極、可靠之手段，將碳纖維紗線表面之油劑置換成預期的油劑；尤其，可透過電漿表面處模組使碳纖維紗線之表面粗糙化，同時增加碳纖維紗線表面之官能基，在碳纖維紗線後續之上漿過程中，有助於碳纖維紗線與基質樹脂達成優質的介面接合，進而提升碳纖維複合材料之特性表現。

依據上述技術特徵，所述該電漿表面處理模組，係至少設有一供產生電漿氣流的電漿產生機組。

依據上述技術特徵，該電漿表面處理模組，係在相對於碳纖維紗線拖曳行程之上、下位置處，皆設有至少一電漿產生機組。

所述該電漿產生機組係可供產生功率介於100~10000瓦(W)的電漿氣流。

所述該電漿產生機組係可供產生功率介於100~10000瓦(W)的大氣電漿氣流。

所述該電漿產生機組係可供產生功率介於100~10000瓦(W)的低壓電漿氣流。

所述該電漿產生機組係可供產生功率介於100~10000瓦(W)的微波電漿氣流。

所述該電漿產生機組係可供產生功率介於100~10000瓦(W)的輝光電漿氣流。

所述該去漿模組，係至少設有一可供產生攝氏250~650℃熱源的去漿爐。

所述該上漿模組，係至少設有一供盛裝第二油劑的儲液槽。

所述該碳纖維表面油劑更換設備，係進一步包括一乾燥模組，該乾燥模組相對設於該上漿模組與該收料模組之間的碳纖維紗線拖曳行程處，用以令該第二種油劑固著在該碳纖維紗線表面。

本創作所揭露的碳纖維表面油劑更換設備，尤適合將市售碳纖維紗線表面既有之熱固型樹脂油劑置換成熱塑型樹脂油劑，使可應用於以射出成型為主要加工手段之各種電氣、電子零件、機械零件及汽車零件等產品；尤其，可使碳纖維之表面粗糙化，同時增加碳纖維表面之官能基，在碳纖維紗線後續之上漿過程中，有助於碳纖維紗線與基質樹脂達成優質的介面接合，進而提升碳纖維複合材料之特性表現。

本創作主要提供一種可以有效將碳纖維紗線表面之油劑進行更換的碳纖維表面油劑更換設備，如第1圖所示，本創作之碳纖維表面油劑更換設備，基本上包括有：一供料模組10、一收料模組20、一去漿模組30、一電漿表面處理模組40，以及一上漿模組50，請同時配合參照第1圖至第5圖所示，其中：

該供料模組10，係用以提供表面包覆有一第一種油劑81的一碳纖維紗線70(如第2圖所示)；所述該碳纖維紗線70係可以由嫘縈、聚乙烯醇、偏氯乙烯、聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)、瀝青(pitch)等前驅物纖維成束而成的碳纖維前驅物纖維束進行煅燒獲得；於實施時，所述該第一種油劑81，係可以為熱固型樹脂油劑。

該收料模組20，係呈與該供料模組10對應構成一碳纖維紗線拖曳行程的型態設於該供料模組10之周邊處，其至少設有一供承接由該供料模組10釋出之該碳纖維紗線70的一捲紗組件21，且由該捲紗組件21對其所承接之該碳纖維紗線70產生拖曳作用。

該去漿模組30，係相對設於該供料模組10與該收料模組20之間的該碳纖維紗線拖曳行程處，供去除該碳纖維紗線70表面之該第一種油劑81；於實施時，所述該去漿模組30，係至少設有一可供產生攝氏250~650℃熱源的一去漿爐31，使得以在該去漿模組30之作用下去除該碳纖維紗線70表面之該第一種油劑(如第3圖所示)。

該電漿表面處理模組40，係相對設於該去漿模組30與該收料模組20之間的該碳纖維紗線拖曳行程處，用以提供預先設定功率的電漿氣流作用於該已去除該第一種油劑81的該碳纖維紗線70，使於該碳纖維紗線70表面形成相對粗糙化或具有官能基的一電漿改質構造71(如第4圖所示)。

該上漿模組50，係相對設於該電漿表面處理模組40與該收料模組20之間的碳纖維紗線拖曳行程處，供將該表面形成有該電漿改質構造71的該碳纖維紗線70表面覆蓋一第二種油劑82(如第5圖所示)；所述該上漿模組50，係至少設有一供盛裝第二油劑的儲液槽51。

於實施時，所述該第二種油劑82，係可以為熱固型樹脂油劑，或是熱塑型樹脂油劑；在所述該第二種油劑82係為熱塑型樹脂油劑之實施形態下，所述該第二種油劑82可為PU(polyurethane，聚氨酯)、PE(polyethene，聚乙烯)、PP(polypropylene，聚丙烯)或acrylic系統其中之一者。

據以，本創作之碳纖維表面油劑更換設備，即可在供料模組10、去漿模組30、電漿表面處理模組40、上漿模組50以及收料模組20之整合運作下，令供料模組10釋出的碳纖維紗線70按照預先設定之速度依序完成去漿、電漿表面處理及上漿等加工流程，以相對更為積極、可靠之手段，將碳纖維紗線表面之油劑置換成預期的油劑；尤適合將市售碳纖維原料表面既有之熱固型樹脂油劑置換成熱塑型樹脂油劑，使可應用於以射出成型為主要加工手段之各種電氣、電子零件、機械零件及汽車零件等產品。

又，所述該電漿表面處理模組40，係至少設有一供產生電漿氣流的電漿產生機組41；在本實施例中，所述該電漿表面處理模組40，係在相對於碳纖維紗線拖曳行程之上、下位置處，皆設有至少一電漿產生機組41。

主要透過電漿產生機組41所產生之電漿氣流作用於碳纖維紗線表面，由於電漿氣流當中包含了具能量的粒子，在電漿氣流之物理反應(撞擊)及化學反應作用下，將原本附著在碳纖維紗線表面之雜質分子化甚至吹拂，使碳纖維之表面粗糙化，同時增加碳纖維表面之官能基，在碳纖維後續之上漿過程中，有助於碳纖維與基質樹脂達成優質的介面接合，進而提升碳纖維複合材料之特性表現。

於實施時，所述各該電漿產生機組41係可供產生功率介於100~10000瓦(W)的電漿氣流，或是可供產生功率介於100~10000瓦(W)的大氣電漿氣流，或是可供產生功率介於100~10000瓦(W)的低壓電漿氣流電漿產生機組，或是可供產生功率介於100~10000瓦(W)的微波電漿氣流，或是可供產生功率介於100~10000瓦(W)的輝光電漿氣流。

由於本創作當中之電漿表面處理模組，係可對碳纖維紗線提供屬於乾式的表面處理，不但可以避免在碳纖維紗線產生額外的雜質或沉積物，相對的亦可降低碳纖維紗線在完成電漿表面處理之後的乾燥工時、工序。

當然，本創作之碳纖維表面油劑更換設備，亦可如第6圖所示，進一步包括一乾燥模組60，該乾燥模組60係相對設於該上漿模組50與該收料模組20之間的碳纖維紗線拖曳行程處，用以令該第二種油劑穩固附著在該碳纖維紗線表面；於實施時，所述該乾燥模組60係至少設有一供產生熱風的熱風爐61。

具體而言，本創作所揭露的碳纖維表面油劑更換設備，尤適合將市售碳纖維紗線表面既有之熱固型樹脂油劑置換成熱塑型樹脂油劑，使可應用於以射出成型為主要加工手段之各種電氣、電子零件、機械零件及汽車零件等產品；尤其，可使碳纖維之表面粗糙化，同時增加碳纖維表面之官能基，在碳纖維紗線後續之上漿過程中，有助於碳纖維紗線與基質樹脂達成優質的介面接合，進而提升碳纖維複合材料之特性表現。

以上所述之實施例僅係為說明本新型之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本新型之內容並據以實施，當不能以之限定本新型之專利範圍，即大凡依本新型所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本新型之專利範圍內。

10‧‧‧供料模組
20‧‧‧收料模組
21‧‧‧捲紗組件
30‧‧‧去漿模組
31‧‧‧去漿爐
40‧‧‧電漿表面處理模組
41‧‧‧電漿產生機組
50‧‧‧上漿模組
51‧‧‧儲液槽
60‧‧‧乾燥模組
61‧‧‧熱風爐
70‧‧‧碳纖維紗線
71‧‧‧電漿改質構造
81‧‧‧第一種油劑
82‧‧‧第二種油劑

第1圖係為本創作第一實施例之碳纖維表面油劑更換設備基本組成架構示意圖。 第2圖係為本創作當中之供料模組所釋出的碳纖維紗線斷面結構示意圖。 第3圖係為經本創作當中之去漿模組完成去漿加工流程的碳纖維紗線斷面結構示意圖。 第4圖係為經本創作當中之電漿表面處理模組完成電漿表面處理加工流程的碳纖維紗線斷面結構示意圖。 第5圖係為經本創作當中之上漿模組完成上漿加工流程的碳纖維紗線斷面結構示意圖。 第6圖係為本創作第二實施例之碳纖維表面油劑更換設備組成架構示意圖。

10‧‧‧供料模組

20‧‧‧收料模組

21‧‧‧捲紗組件

30‧‧‧去漿模組

31‧‧‧去漿爐

40‧‧‧電漿表面處理模組

41‧‧‧電漿產生機組

50‧‧‧上漿模組

51‧‧‧儲液槽

70‧‧‧碳纖維紗線

Claims (11)

1. 一種碳纖維表面油劑更換設備，至少包含： 一供料模組，係能夠提供一碳纖維紗線，該碳纖維紗線係被覆蓋有一第一種油劑； 一收料模組，係設於該供料模組之周邊處並與該供料模組對應構成一碳纖維紗線拖曳行程，且該收料模組至少設有一捲紗組件，該捲紗組件能夠承接由該供料模組釋出之該碳纖維紗線並且能夠對該碳纖維紗線產生拖曳作用； 一去漿模組，係設於該供料模組與該收料模組之間的該碳纖維紗線拖曳行程處，係能夠去除該第一種油劑； 一電漿表面處理模組，係設於該去漿模組與該收料模組之間的該碳纖維紗線拖曳行程處，係能夠提供一電漿氣流作用於該碳纖維紗線； 一上漿模組，係設於該電漿表面處理模組與該收料模組之間的該碳纖維紗線拖曳行程處，係能夠將一第二種油劑覆蓋該碳纖維紗線。
2. 如請求項1所述之碳纖維表面油劑更換設備，其中，該電漿表面處理模組，係至少設有一電漿產生機組。
3. 如請求項1所述之碳纖維表面油劑更換設備，其中，該電漿表面處理模組，係在相對於該碳纖維紗線拖曳行程之上、下位置處，皆設有至少一電漿產生機組。
4. 如請求項2所述之碳纖維表面油劑更換設備，其中，該電漿產生機組係可供產生功率介於100~10000瓦(W)的電漿氣流。
5. 如請求項2所述之碳纖維表面油劑更換設備，其中，該電漿產生機組係可供產生功率介於100~10000瓦(W)的大氣電漿氣流。
6. 如請求項2所述之碳纖維表面油劑更換設備，其中，該電漿產生機組係可供產生功率介於100~10000瓦(W)的低壓電漿氣流。
7. 如請求項2所述之碳纖維表面油劑更換設備，其中，該電漿產生機組係可供產生功率介於100~10000瓦(W)的微波電漿氣流。
8. 如請求項2所述之碳纖維表面油劑更換設備，其中，該電漿產生機組係可供產生功率介於100~10000瓦(W)的輝光電漿氣流。
9. 如請求項1所述之碳纖維表面油劑更換設備，其中，該去漿模組，係至少設有一能夠產生攝氏250~650℃熱源的去漿爐。
10. 如請求項1所述之碳纖維表面油劑更換設備，其中，該上漿模組，係至少設有能夠盛裝該第二油劑的一儲液槽。
11. 如請求項1所述之碳纖維表面油劑更換設備，其中，係進一步包括一乾燥模組，該乾燥模組相對設於該上漿模組與該收料模組之間的該碳纖維紗線拖曳行程處，該乾燥模組能夠令該第二種油劑固著在該碳纖維紗線表面。