[发明专利]一种碳纤维激光石墨化上浆设备及方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维激光石墨化上浆设备及方法，设备主要由放丝装置、牵引装置A、气封端盖、石墨化炉主体、包覆机头、挤出机、烘干装置、牵引装置B、收丝装置组成。这些装置依次布置，气封端盖通过螺栓固定在石墨化炉主体的左端，石墨化炉主体的右端连接上浆包覆机头，在包覆机头侧面与一台小型挤出机相连，包覆机头的右侧依次安装烘干装置、牵引装置B和收丝装置。本发明中石墨化炉出口直接与包覆机头相连接，省去了出口处的惰性气体密封，节省了氩气的使用量。上浆剂经过挤压，质地均匀密实，与纤维表面紧密贴合，由于在有压力的环境下上浆，上浆剂的结膜性比在上浆剂浆槽中浸渍效果更好，纤维表面皮膜更加致密，提升制备复合材料的性能。

技术领域

本发明涉及碳纤维石墨化加工制造领域，尤其涉及一种碳纤维激光石墨化上浆设备及碳纤维激光石墨化上浆方法。

背景技术

碳纤维是一种碳含量高于90％的一种无机高分子纤维材料，因为其具有优异的力学性能，高强度，高模量，导电导热，低密度，热膨胀系数小，广泛应用于国防军工、航空航天、土木建筑、体育用品等领域，碳纤维在惰性气体中，经过2000～3000℃高温石墨化，进一步脱除碳纤维中的N等元素，碳元素进一步富集，含碳量高达99％以上，经过石墨化，石墨微晶排列更加规整，微晶尺寸增大，微晶层间间距减小，具有更高的模量。

在纤维加工过程中，由于碳纤维是脆性材料，在加工过程中纤维与机体，以及纤维与纤维之间的摩擦、拉伸使得纤维单丝断裂造成毛丝和断丝。毛丝会导致基体树脂不能充分润湿碳纤维，在复合材料中产生孔隙，从而影响复合材料的力学性能，毛丝到处乱飞，将造成电器设备、仪表等断路事故，严重影响生产和安全，会对操作人员健康带来危害，断丝会导致生产中断，所以要经过上浆处理，赋予纤维平滑性、韧性和耐磨性，且可以保护纤维表面的活性官能团。

现有的碳纤维上浆方法主要有转移法、浸渍法和喷涂法，其中常用的方法是浸渍法，通过纤维浸入浆槽完成上浆；上浆剂主要是以环氧树脂为主剂，辅以各种助剂，配制成油性乳状液和水性乳状液，针对不同基体树脂通常需要有各自专门的上浆剂，所以上浆剂种类繁多，需要根据工艺调整设备。由于上浆前纤维与空气接触，上浆剂暴露在空气中，表面都有一定程度的污染，上浆剂在浆槽中静置会发生沉积。上浆过程中，由于上浆剂挥发、沉积以及上浆被带走，导致浆槽中乳液浓度发生变化，从而造成纤维表面上浆不均匀。

上浆剂主剂是环氧树脂，环氧树脂具有良好的结膜性，可以在纤维表面生成坚固而强韧的薄膜，起到很好地保护纤维的作用。为了达到更好的耐磨擦效果，需要使用分子量越大的环氧树脂，而环氧树脂分子量越大，上浆并干燥后的纤维集束性也越强，也就是说，一束纤维中的单丝通过上浆剂紧密结合在一起，难以分开，导致开纤性很差。良好的开纤性可以制造优良的预浸料，为制造碳纤维增强体复合材料做准备。

发明内容

为解决现有的上浆剂种类繁多，上浆过程易受空气污染、上浆不均匀，开纤性差以及上浆过程滞后，易造成毛丝断丝在上浆之前产生的问题，本发明提出一种不仅可以提高对不同种类上浆剂的适应性，并且可以提高纤维上浆的质量，保证纤维的耐磨性和开纤性和生产效率的方法与设备。

实现上述目的的技术方案是：一种碳纤维激光石墨化上浆设备，主要由放丝装置、牵引装置A、气封端盖、石墨化炉主体、包覆机头、挤出机、烘干装置、牵引装置B、收丝装置组成。这些装置依次布置，其中放丝装置安装在最左端，牵引装置A安装在石墨化炉主体的左侧，气封端盖通过螺栓固定在石墨化炉主体的左端，石墨化炉主体的右端连接上浆包覆机头，在包覆机头的侧面与一台小型挤出机相连，包覆机头的右侧依次安装烘干装置、牵引装置B和收丝装置。