專利名稱：一種碳纖維表面連續(xù)處理的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種用于碳纖維表面處理方法及裝置。
背景技術(shù)：
碳纖維復(fù)合材料是21世紀(jì)高性能材料，其質(zhì)量輕、高強比、高模比、耐腐蝕、耐高溫等諸多優(yōu)異性能，促使其在國防、航空航天、風(fēng)電、汽車、電量傳輸?shù)缺姸喔呖萍碱I(lǐng)域應(yīng)用廣泛而位置極其重要。碳纖維復(fù)合材料受限于碳纖維的界面性能。未經(jīng)過碳纖維表面處理的碳纖維，表面光滑，親水性相當(dāng)微弱，與復(fù)合材料基體間無法形成良好的穩(wěn)固界面，如此大為降低碳纖維復(fù)合材料的總體性能。所以，對碳纖維進行表面處理，提高碳纖維復(fù)合材料的剪切性能，顯得尤為重要。碳纖維表面處理方法多種多樣，傳統(tǒng)的方法有氣相沉積法、電聚合法、偶聯(lián)劑涂層法、聚合物涂層法、氣相氧化法、液相氧化法、電化學(xué)氧化法等。其中應(yīng) 用較多且エ業(yè)化的方法是陽極氧化法。陽極氧化法是運用碳酸氫銨等電解質(zhì)，對碳纖維表面進行電解氧化，從而獲得碳纖維表面結(jié)構(gòu)及含氧官能團而提高碳纖維復(fù)合材料剪切性能的ー種方法。此方法相比其他方法，較為簡便，好控制。但由于涉及電解質(zhì)均勻度，電解質(zhì)的循環(huán)，多次電解，電解時間長等不利因數(shù)，導(dǎo)致碳纖維表面處理不均勻、設(shè)備占用空間大、處理效率不高、電解質(zhì)有污染等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)碳纖維陽極氧化表面處理電解時間長、處理效率低、處理不均勻、占用空間大、有污染等缺點，提供ー種無污染、效率高、好控制、均勻度高、占用空間小、低成本的碳纖維表面連續(xù)處理方法及裝置。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)ー種碳纖維表面連續(xù)處理的方法，將碳纖維置于兩個間隔的導(dǎo)電的導(dǎo)輥上運動，在兩個導(dǎo)輥之間形成碳纖維表面連續(xù)處理區(qū)，在該處理區(qū)內(nèi)設(shè)置正極板，并通入氧化性氣體，所述的正極板連接高壓電源的正極，所述導(dǎo)輥連接高壓電源的負極，然后通電，利用電暈放電對碳纖維表面進行處理。優(yōu)選地，所述高壓電源為脈沖高壓電源。優(yōu)選地，所述高壓電源提供的電壓為1KV-20KV。優(yōu)選地，所述氧化性氣體為氧氣或臭氧。優(yōu)選地，所述處理時間為1(Γ20秒。碳纖維穿過處理區(qū)的速度一般設(shè)置為6 10m/min，而處理區(qū)的長度設(shè)置為O. 5 I. 5m之間。優(yōu)選地，所述導(dǎo)輥和正極板的材料均為石墨。ー種碳纖維表面連續(xù)處理的裝置，包括高壓電源、機架及固定于機架上的處理通道，在處理通道出、入口處分別設(shè)置ー個導(dǎo)電的導(dǎo)輥，所述導(dǎo)輥固定于機架上；所述處理通道的外表面是絕緣的，其上設(shè)有進氣口和出氣ロ，處理通道內(nèi)部設(shè)有正極板或處理通道的內(nèi)壁為正極板；所述的正極板連接高壓電源的正極，所述導(dǎo)輥連接高壓電源的負極。
優(yōu)選地，所述正極板是ー個平面導(dǎo)電板，或者多個分隔開的導(dǎo)電板，所述正極板位于碳纖維絲面的正上方或者正下方。優(yōu)選地，所述處理通道出、入口設(shè)有調(diào)節(jié)出入口大小的調(diào)節(jié)板，可以減少充入氣體的損耗。在碳纖維通過處理通道時，脈沖高壓電源放電，產(chǎn)生電暈效應(yīng)，高速電離子轟擊陰極碳纖維表面，形成微空洞，并發(fā)生自由基結(jié)合，増加含氧官能團。電暈現(xiàn)象就是帶電體表面在氣體或液體介質(zhì)中局部放電的現(xiàn)象，常發(fā)生在不均勻電場中電場強度很高的區(qū)域內(nèi)(例如高壓導(dǎo)線的周圍，帶電體的尖端附近)。在不均勻的電場周圍曲率半徑小的電極附近當(dāng)電壓升高到一定值時，由于空氣游離就會發(fā)生放電，形成電暈。其特點為出現(xiàn)與日暈相 似的光層，發(fā)出嗤嗤的聲音，產(chǎn)生臭氧、氧化氮等。碳纖維表面曲率半徑尤其本身空隙等缺陷處更加易發(fā)生電暈，聯(lián)合充入的氧化性氣體，既可以轟擊碳纖維表面而提高表面粗糙度，又可以引入氧原子而使碳纖維表面極性變化成親水性。這些都是碳纖維表面結(jié)構(gòu)生成的目的，可以提高碳纖維與復(fù)合基體的黏結(jié)強度，而提高碳纖維復(fù)合材料的綜合性能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(I)經(jīng)過本發(fā)明處理后的碳纖維不僅可以得到因離子轟擊產(chǎn)生的粗糙表面結(jié)構(gòu)，増加碳纖維表面能，還可以使其獲得足夠多的含氧官能團，増加表面化學(xué)能，從而提高與樹月旨，金屬等材料的復(fù)合性能。(2)本發(fā)明的方法，處理效率高，處理可控性強、無污染。(3)本發(fā)明設(shè)備簡單，占用空間小、成本低。(4)本發(fā)明采用脈沖高壓電源放電，同時充入的氧化性氣體，在轟擊碳纖維表面而提高表面粗糙度的同時，又引入氧原子而使碳纖維表面極性變化成親水性。(5)所述處理通道出、入口設(shè)有調(diào)節(jié)出入口大小的調(diào)節(jié)板，可以減少充入氣體的損耗。


圖I為本發(fā)明處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I的立體圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的具體實施方式
作進ー步詳細的說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例Iー種碳纖維表面連續(xù)處理的裝置，如圖1、2所示，包括脈沖高壓電源9、機架I及固定于機架I上的處理通道6，在通道6的出、入口 7、3處分別設(shè)置ー個導(dǎo)電的導(dǎo)輥2，所述導(dǎo)輥2固定于機架I上；所述處理通道6上方的內(nèi)壁為ー平面導(dǎo)電板，即為正極板4，處理通道6的其余三面為絕緣板，整個處理通道6外層都有絕緣材料包裹，保證操作的安全。所述處理通道6上設(shè)有進氣ロ 8和出氣ロ 5，處理通道6內(nèi)設(shè)有正極板4 ;處理通道的出、入口 7、3設(shè)計調(diào)節(jié)ロ高大小的調(diào)節(jié)板10，可以減少充入氣體的損耗。所述的正極板4連接脈沖高壓電源9的正極，所述導(dǎo)輥2連接脈沖高壓電源9的負極。所述導(dǎo)輥和正極板的材料均為石
處理的方法將碳纖維11置于兩個間隔的導(dǎo)電的導(dǎo)輥2上運動，碳纖維11由處理通道入口 3進入，處理通道出口 7出，處理通道的入、出口 3、7之間的距離為碳纖維表面處理區(qū)的長度(即處理通道的長度)，碳纖維穿過處理區(qū)的速度設(shè)置為8m/min，而處理長度設(shè)置為I. 0m。向處理通道6的進氣ロ 8通入氧氣，然后通電，脈沖高壓電源9提供的電壓為5KV，利用電暈放電對碳纖維表面進行處理，即碳纖維表面得到粗糙的表面結(jié)構(gòu)和含氧官能團。導(dǎo)輥2與碳纖維直接接觸，在整個電暈放電處理中，起到使碳纖維接入陰極的作用。
權(quán)利要求
1.一種碳纖維表面連續(xù)處理的方法，其特征在于，將碳纖維置于兩個間隔的導(dǎo)電的導(dǎo)輥上運動，在兩個導(dǎo)輥之間形成碳纖維表面連續(xù)處理區(qū)，在該處理區(qū)內(nèi)設(shè)置正極板，并通入氧化性氣體；所述的正極板連接高壓電源的正極，所述導(dǎo)輥連接高壓電源的負極，然后通電，利用電暈放電對碳纖維表面進行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述高壓電源為脈沖高壓電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述高壓電源提供的電壓為1KV-20KV。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的方法，其特征在于，所述氧化性氣體為氧氣或臭氧。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的方法，其特征在于，所述處理時間為1(T20秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)輥和正極板的材料均為石
7.一種碳纖維表面連續(xù)處理的裝置，其特征在于，包括高壓電源、機架及固定于機架上的處理通道，在處理通道出、入口處分別設(shè)置一個導(dǎo)電的導(dǎo)輥，所述導(dǎo)輥固定于機架上；所述處理通道的外表面是絕緣的，其上設(shè)有進氣口和出氣口，處理通道內(nèi)部設(shè)有正極板或處理通道的內(nèi)壁為正極板；所述的正極板連接高壓電源的正極，所述導(dǎo)輥連接高壓電源的負極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述處理通道內(nèi)的正極板是一個平面導(dǎo)電板，或者多個分隔開的導(dǎo)電板，所述正極板位于碳纖維絲面的正上方或者正下方。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述處理通道出、入口設(shè)有調(diào)節(jié)出入口大小的調(diào)節(jié)板。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8或9所述的裝置，其特征在于，所述高壓電源為脈沖高壓電源，所述導(dǎo)棍和正極板的材料均為石墨。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳纖維表面連續(xù)處理的方法及裝置，包括高壓電源、機架及固定于機架上的處理通道，在通道出、入口處分別設(shè)置一個導(dǎo)電的導(dǎo)輥，導(dǎo)輥固定于機架上；所述處理通道的外表面是絕緣的，其上設(shè)有進氣口和出氣口，處理通道內(nèi)部設(shè)有正極板或處理通道的內(nèi)壁為正極板；所述的正極板連接高壓電源的正極，導(dǎo)輥連接高壓電源的負極。將碳纖維置于兩個間隔的導(dǎo)電的導(dǎo)輥上運動，并通入氧化性氣體，然后通電，利用電暈放電對碳纖維表面進行處理。本方法處理效率高，可控性強、無污染。裝置簡單，占用空間小、成本低。經(jīng)過處理后的碳纖維增加碳纖維表面能，使其獲得足夠多的含氧官能團，增加表面化學(xué)能，從而提高與樹脂，金屬等材料的復(fù)合性能。
文檔編號D06M10/02GK102851939SQ20121035660
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者湯勇, 袁乾鋒, 萬珍平, 陸龍生, 袁偉, 謝穎熙 申請人:華南理工大學(xué)