[发明专利]碳纤维的表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机化学领域，属于高分子材料制造技术，具体地说一种碳纤维生产过程中的表面处理方法。

背景技术

众所周知，国内外碳纤维生产厂家在对碳纤维进行表面处理时都要经过以下步骤(如图1所示)：电解表面处理1——水洗2——干燥3——上浆4——干燥5——收卷6，干燥过程是干燥炉内完成，这种表面处理方法，所生产的碳纤维易起毛丝、力学性能不理想，并且生产过程中能源消耗较多。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明目的在于，提供一种碳纤维表面处理的方法，使所生产的碳纤维外观毛丝明显减少、提高碳纤维的力学性能、降低能源消耗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：电解表面处理——水洗——胶辊挤压——上浆——干燥——收卷。

本发明的有益效果是，该方法与传统的表面处理工艺生产的碳纤维相比较，碳纤维外观毛丝明显减少，力学性能指标略有提高，并降低了能源消耗。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是背景技术的工艺流程示意图。

图2是本发明的工艺流程示意图。

图中1.电解表面处理，2.水洗，3.干燥，4.水浆，5.干燥，6.收卷，7.胶辊挤压。

具体实施方式

在图2中，本发明的工艺步骤是：电解表面处理1——水洗2——胶辊挤压7——上浆4——干燥5——收卷6。

电解氧化处理1的主要目的是提高碳纤维的层间剪切强度，电解表面处理1使用的设备主要由电解槽、传动辊、直流电源和电导仪等组成，电解槽中放置一定浓度的电解质(如碳酸铵或碳酸氢铵或碳酸二氢铵等)，工作原理是利用碳纤维的导电性作为阳极，传动辊作为阴极，进行阳极电解氧化处理，之后再进入水洗工序处理。

水洗2的目的主要是去除碳纤维表面及内部残留的电解质，采用浸入式工艺加喷淋洗，水洗使用的设备主要由水洗槽、传动辊、洗涤水(去离子水)和循环泵及管路等。

胶辊挤压7的目的是适当去除碳纤维中含有的水，使每束碳纤维的含水率基本一致，使用的设备是两支胶辊和接水槽，碳纤维束经两个胶辊的挤压将水挤除。这一工序的关键是调整好两支胶辊的水平度，胶辊要保持水平，否则将导致多束碳纤维上受到的挤压力会不一致，进而影响到下一工序碳纤维的上浆工艺。

上浆4的主要目的是：碳纤维在上浆后，单丝表面会形成一层薄的保护膜，使得在后续加工(如加工编织布和复合布)使用过程中能防止磨擦、磨损、防止产生新的毛丝，影响到碳纤维制品的使用性能。该工序使用设备主要由上浆槽、传动辊和上浆液循环泵等。

干燥5工序的主要目的是去除碳纤维上浆剂内含有的水分，含水率要求不大于1％，同时，干燥又对碳纤维有定型的作用。使用的主要设备是干燥炉和传动辊等。

收卷6：干燥后的碳纤维经收丝机卷绕成线轴状，再经包装即可进入市场销售。

本发明经过长时间试验并连续生产运行，与传统的表面处理工艺生产的碳纤维相比较，外观毛丝明显减少，经检测后力学性能指标略有提高：碳纤维的层间剪切强度平均提高了5Mpa，提高幅度达8％，而其它指标均比以前略有提高，幅度达3-5％。

与传统工艺相比，该发明优点如下：

1、经过胶辊挤压，碳纤维丝束含水率均一，在上浆工序处理时碳纤维的含油量容易控制；

2、相比传统工艺，因碳纤维丝束中含有一定的水分，纤维的收束性好，碳纤维丝束不起毛，上浆液洁净度高；

3、纤维束膨润度高，浸润性好，制得的碳纤维含胶量均匀，有利于提高后续生产制品工序中碳纤维与树脂的相容性；

4、减少一台干燥炉的设备投资，降低能源消耗。