一种碳纤维表面处理装置的制作方法

1.本实用新型涉及到碳纤维表面处理技术领域，特别是一种碳纤维表面处理装置。


背景技术：

2.碳纤维经过高温热处理之后微晶结构已经定型，决定了最终力学性能，在复合材料应用中，碳纤维经过表面处理工艺，碳纤维表面引入含氧官能团增强了复合材料的层间剪切强度，所以工业上生产碳纤维一般都要经过表面处理增强碳纤维与树脂的结合性。
3.碳纤维经过高温碳化，表面呈现惰性，与树脂结合时，机械效果不佳，界面结合能力差，对应的复合材料层间剪切强度低，尤其是大丝束碳纤维更难表面处理。因此，在相对于小丝束的表面处理，阳极电化学处理可以使纤维表面杂质除去、刻蚀纤维、引入含氧官能团。
4.目前工业中传统的表面处理方式绝大部分是一次电化学处理的“一”字形结构，如果是较长的表面处理导致丝束缠绕，电解电量大，对纤维的表面处理效果难以控制，表面处理的效果过轻或者处理过度，对碳纤维丝束的损害较大，导致纤维损伤，处理效果不佳。表面处理的程度和目前碳纤维应用领域不同的树脂体系为基体有关。一般对于碳纤维而言，碳纤维的层间剪切强度达到一定程度就可以，很难在生产过程中主动提高碳纤维的层间剪切强度，符合加工所需层间剪切强度的碳纤维。主动提高碳纤维的表面处理效果以适应下一步加工工艺需求对碳纤维企业而言尤为重要。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种碳纤维表面处理装置，可以简单、有效的针对碳纤维的表面进行处理，使碳纤维性能更好。
6.为达到以上目的，提供以下技术方案：
7.一种碳纤维表面处理装置，其特征在于，结构包括电解机构a、电解机构b和电解机构c三部分，所述电解机构a、电解机构b与电解机构c依次串联，且电解机构a、电解机构b与电解机构c结构相同，以电解机构a为例，包括电解槽、支撑杆、输送导辊、固定杆、阳极导辊、负极金属板组和电极拉杆，所述负极金属板组有两组，对称设置于电解槽中部，每组有上下抵接的两块负极金属板，其中，位于下方的负极金属板的左右两侧固定连接于电解槽左右两侧的中部，位于上方的负极金属板为自由活动端，其顶面固定连接有电极拉杆，且负极金属板组均电性连接于外接直流电的负极，所述固定杆有四根，所述阳极导辊有两个，对称设置于两组负极金属板组的前后两侧，且每个阳极导辊均配有两根固定杆，每个所述阳极导辊芯轴的两端分别固定连接于两根固定杆的顶端，两根所述固定杆的底端均分别固定连接于电解槽的左右两侧，且阳极导辊均电性连接于外接直流电的正极，所述输送导辊有两个，对称设置于两个阳极导辊的前后两侧，所述支撑杆有四根，且每个输送导辊均配有两根支撑杆，每个所述输送导辊的芯轴分别固定连接于两根支撑杆的顶端，两根所述支撑杆的底端均分别对称固定连接于电解槽的左右两侧。
8.优选地，所述阳极导辊的底端与位于下方的负极金属板的上表面处于同一水平面。
9.本实用新型的有益效果为：
10.1.本实用新型存在三电级电化学处理，可以少量多次对碳纤维表面处理，避免了一次大电量表面处理对碳纤维的损伤，处理装置简单，工艺易操作，处理效果更好，打破了传统表面处理方法的只能对进行碳纤维单一的表面处理，实现碳纤维的可调节表面处理。
11.2.本实用新型不仅适用于大丝束，也适用于1k～100k之间的各个碳纤维品种，适用于湿法纺丝、凝胶纺丝和干喷湿纺碳纤维的碳纤维，同时也适用于不同类型的碳纤维，如：强度型、模量型碳纤维，包括高模量石墨纤维等；对于生产工艺不同的需求，在使用过程中可以根据需要通过改变电解液的类型、浓度，电解电量，处理时间等对碳纤维表面处理进行有效的控制。
附图说明
12.图1为本实用新型的结构示意图；
13.图2为本实用新型电解机构a与电解机构b的结构示意图；
14.图3为本实用新型电解机构a的结构示意图；
15.图中所示附图标记为：1-电解槽，2-支撑杆，3-输送导辊，4-固定杆，5-阳极导辊，6-电解液，7-负极金属板，8-电极拉杆，9-碳纤维。
具体实施方式
16.以下结合附图对本设计方案进行详细说明。
17.如图1～3所示，一种碳纤维表面处理装置，其特征在于，结构包括电解机构a、电解机构b和电解机构c三部分，电解机构a、电解机构b与电解机构c依次串联，且电解机构a、电解机构b与电解机构c结构相同，以电解机构a为例，包括电解槽1、支撑杆2、输送导辊3、固定杆4、阳极导辊5、负极金属板组和电极拉杆8，负极金属板组有两组，对称设置于电解槽1中部，每组有上下抵接的两块负极金属板7，其中，位于下方的负极金属板7的左右两侧固定连接于电解槽1左右两侧的中部，位于上方的负极金属板7为自由活动端，其顶面固定连接有电极拉杆8，当其抬起一定高度时，以供碳纤维9从两块负极金属板7之间穿过，且负极金属板组均电性连接于外接直流电的负极，固定杆4有四根，阳极导辊5有两个，对称设置于两组负极金属板组的前后两侧，且每个阳极导辊5均配有两根固定杆4，每个阳极导辊5芯轴的两端分别固定连接于两根固定杆4的顶端，两根固定杆4的底端均分别固定连接于电解槽1的左右两侧，且阳极导辊5均电性连接于外接直流电的正极，输送导辊3有两个，对称设置于两个阳极导辊5的前后两侧，支撑杆2有四根，且每个输送导辊3均配有两根支撑杆2，每个输送导辊3的芯轴分别固定连接于两根支撑杆2的顶端，两根支撑杆2的底端均分别对称固定连接于电解槽1的左右两侧，电解槽1为独立设置，当需要多个串联时，每个电解槽1之间既可以相互隔离又可以相互连通，电解槽1中设置有电解液6，且电解液6的液面高于位于上方的负极金属板7的上表面，每个输送导辊3与每个阳极导辊5的表面均平整光滑，可减少碳纤维的损伤以及交联。
18.其中，阳极导辊5的底端与位于下方的负极金属板7的上表面处于同一水平面。
19.其中，电解液6为强酸、弱酸、强碱、弱碱、强酸弱碱盐、强碱弱酸盐及复合型电解液，其类型以及浓度依据所需碳纤维表面处理的需求配比设置。
20.实施例1
21.如图3所示，将碳纤维穿过电解机构a，其中电解液为碳酸氢铵，浓度为2.0wt％，碳纤维通过电解机构a进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；电解后的大丝束碳纤维进入水洗槽，通过去离子水清洗，水洗温度为40℃，水洗时间为120s。
22.实施例2
23.如图2所示，将电解机构a与电解机构b串联，将碳纤维从电解机构a与电解机构b中穿过，电解机构a中，电解液为碳酸氢铵，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；解机构b中，电解液为碳酸氢铵，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；电解后的大丝束碳纤维进入水洗槽，通过去离子水清洗，水洗温度为40℃，水洗时间为120s，结果见表1。
24.实施例3
25.如图1所示，将电解机构a、电解机构b与电解机构c串联，将碳纤维从电解机构a、电解机构b与电解机构c中穿过，电解机构a的中，电解液为碳酸氢铵，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；电解机构b中，电解液为碳酸氢铵，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；电解机构c中，电解液为碳酸氢铵，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；电解后的大丝束碳纤维进入水洗槽，通过去离子水清洗，水洗温度为40℃，水洗时间为120s，结果见表1。
26.实施例4
27.如图1所示，将电解机构a、电解机构b与电解机构c串联，将碳纤维从电解机构a、电解机构b与电解机构c中穿过，电解机构a中，电解液为碳酸氢铵，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；电解机构b中，电解液为碳酸氢铵，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；电解机构c中，电解液为碳酸氢铵，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为20c/g；电解后的大丝束碳纤维进入水洗槽，通过去离子水清洗，水洗温度为40℃，水洗时间为120s，结果见表1。
28.实施例5
29.如图1所示，将电解机构a、电解机构b与电解机构c串联，将碳纤维从电解机构a、电解机构b与电解机构c中穿过，电解机构a中，电解液为氢氧化钠，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；电解机构b中，电解液为碳酸氢铵，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为20c/g；电解机构c中，电解液为碳酸氢铵，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为20c/g；电解后的大丝束碳纤维进入水洗槽，通过去离子水清洗，水洗温度为40
℃，水洗时间为120s，结果见表1。
30.实施例6
31.如图1所示，将电解机构a、电解机构b与电解机构c串联，将碳纤维从电解机构a、电解机构b与电解机构c中穿过，电解机构a中，电解液为氢氧化钠，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；电解机构b中，电解液为碳酸氢钠，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；电解机构c中，电解液为碳酸氢铵，浓度为4.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；电解后的大丝束碳纤维进入水洗槽，通过去离子水清洗，水洗温度为40℃，水洗时间为120s，结果见表1。
32.实施例7
33.如图1所示，将电解机构a、电解机构b与电解机构c串联，将碳纤维从电解机构a、电解机构b与电解机构c中穿过，电解机构a中，电解液为氢氧化钠，浓度为2.0wt％的，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；电解机构b中，电解液为氢氧化钠，浓度为2.0wt％的，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；电解机构c中，电解液为氢氧化钠，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；电解后的大丝束碳纤维进入水洗槽，通过去离子水清洗，水洗温度为40℃，水洗时间为120s，结果见表1。
34.实施例8
35.如图1所示，将电解机构a、电解机构b与电解机构c串联，将碳纤维从电解机构a、电解机构b与电解机构c中穿过，电解机构a中，电解液为碳酸氢铵，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；电解机构b中，电解液为碳酸氢铵，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为40s，电量为10c/g；电解机构c中，电解液为碳酸氢铵，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为40s，电量为10c/g；电解后的大丝束碳纤维进入水洗槽，通过去离子水清洗，水洗温度为40℃，水洗时间为120s，结果见表1。
36.实施例9
37.如图1～3所示，将电解机构a、电解机构b与电解机构c串联，将碳纤维从电解机构a、电解机构b与电解机构c中穿过，电解机构a中，电解液为盐酸，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为30s，电量为10c/g；电解机构b中，电解液为硝酸，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为60s，电量为10c/g；电解机构c中，电解液为磷酸，浓度为2.0wt％，大丝束碳纤维通过电解槽进行电解，其电解液温度为30℃，电解处理时间为60s，电量为10c/g；电解后的大丝束碳纤维进入水洗槽，通过去离子水清洗，水洗温度为40℃，水洗时间为120s，结果见表1。
38.比较例1
39.为未经过表面处理的碳纤维的作为，对比表面处理的对比样，结果见表1。
40.表1：碳纤维表面处理参数数据
41.42.