[发明专利]碳纤维束分散方法及经该方法所得的碳纤维细束

说明书

技术领域

本发明是关于一种用于分散碳纤维束的方法，尤其是指一种可维持分散状态的碳维束分散方法，及经该方法所得的碳纤维细束。

背景技术

碳纤维是一种高性能纤维，可制成碳纤维纸、碳纤维毡、碳纤维布等，也可作为屏蔽材料、发热材料、导电材料、化学过滤材料等功能材料，其用途广泛，可应用于电子工业、电池工业、化学工业以及通讯、国防和民用保健等方面。

然而，在上述制品加工过程中都会遇到一个问题，即如何才能使碳纤维束在基体或溶液中分散均匀成更细的碳纤维细束或是单一的碳纤维细丝，由于各碳纤维丝会彼此相互吸引依附，因此在未经加工分离时，碳纤维难以完全发挥其效能，且其分散的均匀度将直接影响其工作中的性能。

以下为目前实验室中所用来分离碳纤维束的方法：

(1)干式分散法：以直径约为0.01～0.1微米的纳米级粉粒(如超细硅灰)与去胶的碳纤微束拌和，使纳米级粉粒分散在碳纤维单丝表面以降低其表面张力。这种方法的缺点在于难以使纳米级粉粒均匀分散在碳纤维单丝的表面，故其效果差。

(2)湿式分散法：将分散剂制作成溶液，加入碳纤维束后持续搅拌或进行超声波振荡分散，以形成碳纤维束均匀分散成碳纤维细束的溶液。然而，其缺点在于碳纤维细束必需置于该溶液内，才能维持分散的状态；该溶液间接限制了可运用的方法与范围，因此该方法不利于分散成碳纤维细束后的利用。其因为分散剂等添加使用有可能对复合材料的强度等造成不良影响，同时采用溶液分散型式无法大量预制、储存及运输，也无法直接使用于许多复合材料的制作过程中，不利于大量推广使用。

(3)表面处理改性法：以化学及物理的方式，碳纤维表面氧化法(有液相、气相、电化学氧化三种)、等离子体处理法、表面药剂涂层法等几种，其大都在光滑的碳纤维表面形成微孔和刻蚀沟槽，增大比表面积，产生适合于粘接的表面形态，从而降低碳纤维的表面张力并增强碳纤维与其它基体间物理上的表面结合力。在碳纤维表面引进或嫁接具有极性或反应性的官能团，增强表面活性，增大碳纤维和其它基体间的化学键合力。由于表面处理改性法需要使用400℃或以上的高温加热、等离子体处理等加工过程或强酸强碱、磷化物(如磷酸、偏磷酸、磷酸三铵和磷酸氢二铵)以及贵金属离子催化剂(银、铂、钯离子)等污染性高或昂贵的化学材料，不但造成环境污染，设备造价及材料成本等因素都不利于量产使用。

发明内容

鉴于上述的问题，本发明的主要目的是提供一种碳纤维束分散方法，以使碳纤维束分散成碳纤维细束，并降低成本，利于大量生产制造使用。

本发明提供了一种碳纤维束分散方法，其依序包括下列步骤：(a)去胶步骤、(b)氧化步骤、(c)去除表面杂质步骤、(d)成膜步骤、(e)第一烘干步骤、(f)碳化反应步骤、(g)中和微酸步骤、(h)洗去碱性物质步骤、(i)第二烘干步骤、(j)搓揉步骤。

其中，去胶步骤是将所述碳纤维束上的胶质去除；氧化步骤将碳纤维束进行氧化；去除表面杂质步骤是对碳纤维束进行清洗，以将碳纤维束表面上的杂质去除；成膜步骤是将碳纤维束浸泡至一溶液内，并进行搅拌，其中所述溶液包括分散剂与成膜剂，藉由分散剂将碳纤维束分散成多个碳纤维细束，而所述成膜剂是使得所述碳纤维细束上分别形成一层高分子聚合物膜；第一烘干步骤是以高于所述高分子聚合物膜硬化温度的温度烘干所述碳纤维细束，使高分子聚合物膜硬化；碳化反应步骤是将所述被烘干的碳纤维细束以高于高分子聚合物膜的碳化温度来进行气相氧化反应，使高分子聚合物膜经气相氧化反应后，在碳纤维细束的表面形成多个碳基官能团；中和微酸步骤是将所述纤维细束浸入一微碱性水溶液；洗去碱性物质步骤是将所述纤维细束浸入一中性去离子水；第二烘干步骤是将所述纤维细束以低于400℃进行烘干及进行气相氧化；搓揉步骤是搓揉分散所述纤维细束。

具体地说，本发明提供的碳纤维束分散方法依序包括下列步骤：

(a)去胶步骤：将所述碳纤维束上的胶质去除；

(b)氧化步骤：将所述碳纤维束进行氧化；

(c)去除表面杂质步骤：对所述碳纤维束进行清洗，以将该碳纤维束表面上的杂质去除；

(d)成膜步骤：将所述碳纤维束浸泡至一溶液内，并进行搅拌，其中该溶液包括分散剂与成膜剂，藉由所述分散剂将碳纤维束分散成多个碳纤维细束，而所述成膜剂使得这些碳纤维细束上分别形成一层高分子聚合物膜；

(e)第一烘干步骤：以高于所述高分子聚合物膜硬化温度的温度烘干所述碳纤维细束，使高分子聚合物膜硬化；