一種碳纖維表面處理設(shè)備及表面處理方法與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳纖維表面處理設(shè)備，包括槽架，所述槽架內(nèi)部分隔成兩個(gè)獨(dú)立空間，分別為用于盛裝電解液的電解槽和用于盛裝去離子水的水洗槽；所述電解槽內(nèi)設(shè)置有陰極板，陰極板接電解電源負(fù)極；在電解槽內(nèi)于陰極板上方還設(shè)有第一絕緣導(dǎo)輥；所述水洗槽內(nèi)設(shè)置有第二絕緣導(dǎo)輥，在電解槽內(nèi)的第一絕導(dǎo)緣輥與水洗槽內(nèi)的第二絕緣導(dǎo)輥之間于槽架的上方還設(shè)置有第三絕緣導(dǎo)輥；在第一絕緣導(dǎo)輥的外側(cè)與第二絕緣導(dǎo)輥的外側(cè)于槽架上方分別設(shè)有陽(yáng)極導(dǎo)輥，陽(yáng)極導(dǎo)輥接電解電源正極；本發(fā)明解決了陽(yáng)極導(dǎo)輥被氧化不導(dǎo)電問(wèn)題，同時(shí)利用本發(fā)明設(shè)備的表面處理方法能縮短表面處理時(shí)間，可應(yīng)用于汽車、醫(yī)療、食品加工業(yè)、化工領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】一種碳纖維表面處理設(shè)備及表面處理方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳纖維表面改性【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種碳纖維表面處理設(shè)備及表面處理方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】 [0002]碳纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能，碳纖維普遍用于增強(qiáng)高分子材料領(lǐng)域，為了提高碳纖維與高分子復(fù)合材料的界面性能，工業(yè)上普遍采用電化學(xué)方法對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理，但現(xiàn)有的專利和技術(shù)不能解決生產(chǎn)中存在的兩個(gè)問(wèn)題:(I)陽(yáng)極導(dǎo)輥易被氧化問(wèn)題，中國(guó)專利CN 10141848A公開了一種碳纖維表面處理機(jī)，該處理機(jī)的陽(yáng)極導(dǎo)輥容易被電解液氧化，是由于陽(yáng)極輥帶有電流，碳纖維按一定速度運(yùn)行時(shí)把電解液從電解槽引入陽(yáng)極導(dǎo)輥表面，陽(yáng)極導(dǎo)輥在電流和電解液作用下逐漸被氧化，最終導(dǎo)致陽(yáng)極導(dǎo)輥被氧化而不導(dǎo)電；(2)表面處理時(shí)間長(zhǎng)，中國(guó)專利CN 101781843A公開了一種高強(qiáng)碳纖維的表面處理方法，但是該方法中實(shí)施例的表面處理時(shí)間均為4(T250s。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的陽(yáng)極導(dǎo)輥易被氧化和碳纖維表面處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的缺陷與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種能解決陽(yáng)極導(dǎo)輥逐漸被氧化不導(dǎo)電問(wèn)題，且能避免陽(yáng)極導(dǎo)輥被氧化后的金屬離子污染電解液的碳纖維表面處理設(shè)備。
[0004]本發(fā)明的另一目的是提供一種能縮短表面處理時(shí)間和提高碳纖維層間剪切強(qiáng)度的碳纖維表面處理方法。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
一種碳纖維表面處理設(shè)備，包括槽架，所述槽架內(nèi)部分隔成兩個(gè)獨(dú)立空間，分別為用于盛裝電解液的電解槽和用于盛裝去離子水的水洗槽；所述電解槽內(nèi)設(shè)置有陰極板，陰極板接電解電源負(fù)極；在電解槽內(nèi)于陰極板上方還設(shè)有第一絕緣導(dǎo)輥；所述水洗槽內(nèi)設(shè)置有第二絕緣導(dǎo)輥，在電解槽內(nèi)的第一絕導(dǎo)緣輥與水洗槽內(nèi)的第二絕緣導(dǎo)輥之間于槽架的上方還設(shè)置有第三絕緣導(dǎo)輥；在第一絕緣導(dǎo)輥的外側(cè)于槽架上方設(shè)有第一陽(yáng)極導(dǎo)輥，在第二絕緣導(dǎo)輥的外側(cè)于槽架上方設(shè)有第二陽(yáng)極導(dǎo)輥，第一、第二陽(yáng)極導(dǎo)輥接電解電源正極。
[0006]將碳纖維引入本發(fā)明的碳纖維表面處理設(shè)備中進(jìn)行電化學(xué)處理時(shí)，碳纖維首先通過(guò)第一絕緣導(dǎo)輥外側(cè)于槽架上方的第一陽(yáng)極導(dǎo)輥進(jìn)入電解槽內(nèi)，經(jīng)過(guò)電解槽內(nèi)的第一絕緣導(dǎo)輥，并在電解槽內(nèi)的電解液與陰極板的作用下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，使得碳纖維帶上均勻的正電荷；然后碳纖維通過(guò)第三絕緣導(dǎo)輥進(jìn)入到水洗槽內(nèi)，并通過(guò)第二絕緣導(dǎo)輥浸沒(méi)在水洗槽內(nèi)的去離子水中，從而將碳纖維的電解液洗去，最后通過(guò)第二絕緣導(dǎo)輥外側(cè)于槽架上方的陽(yáng)極導(dǎo)輥離開水洗槽；本發(fā)明的碳纖維表面設(shè)備避免了碳纖維運(yùn)行時(shí)將電解槽內(nèi)的電解液引入到第二絕緣導(dǎo)輥外側(cè)于槽架上方的第二陽(yáng)極導(dǎo)輥中，解決了第二陽(yáng)極導(dǎo)輥逐漸被氧化不導(dǎo)電的問(wèn)題，且能讓碳纖維均勻帶上正電荷。
[0007]一種使用上述碳纖維表面處理設(shè)備的碳纖維表面處理方法，包括如下步驟:a)配置質(zhì)量濃度為2飛％的銨鹽電解質(zhì)溶液；
b)將碳纖維引入碳纖維表面處理設(shè)備中進(jìn)行電化學(xué)處理，處理溫度為2(T40°C，控制電解電流密度5~20mA/cm2，處理時(shí)間l(T60s ；
c)10(Tl2(TC直接干燥，即得。
[0008]優(yōu)選地，所述銨鹽選自碳酸氫銨、磷酸二氫銨、草酸銨的一種或幾種混合物。
[0009]通過(guò)上述碳纖維表面處理方法制備的碳纖維用于增強(qiáng)改性熱塑性和熱固性樹脂，可以應(yīng)用領(lǐng)域包括:汽車、醫(yī)療、食品加工業(yè)、化工領(lǐng)域；具體制備的零部件包括:動(dòng)機(jī)部位包括進(jìn)氣系統(tǒng)和燃油系統(tǒng)，如發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋罩、節(jié)氣門、空氣濾清器機(jī)器外殼，車用空氣喇口八、車用空調(diào)軟管、冷卻風(fēng)扇及其外殼、進(jìn)水管、剎車油罐及灌蓋等；車體部位零部件有:汽車擋泥板、后視鏡架、保險(xiǎn)杠、儀表盤、行李架、車門手柄、雨刷支架、安全帶扣搭、車內(nèi)各種裝飾件等；車內(nèi)電器方面如電控門窗、連接器、保鮮盒、電纜扎線等。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的有益效果: I)本發(fā)明的碳纖維表面處理設(shè)備解決了陽(yáng)極導(dǎo)輥逐漸被氧化不導(dǎo)電的問(wèn)題，且能滿足碳纖維均勻帶上正電荷，同時(shí)避免了金屬導(dǎo)輥被氧化后的金屬離子污染電解液。
[0011]2)采用2飛％的低濃度的銨鹽電解液，能有效減少電解質(zhì)的使用和浪費(fèi)，并提高碳纖維后續(xù)的水洗效率。
[0012]3)采用直流電源和5~20mA/cm2的高電流密度對(duì)碳纖維進(jìn)行氧化電解，可以有效減少電解時(shí)間，提高電解效率，同時(shí)碳纖維的層間剪切強(qiáng)度較未電解前提高15%以上，處理時(shí)間降至10~60s。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明碳纖維表面處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，以下實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受下述實(shí)施例的限制。
[0015]如圖1所示，一種碳纖維表面處理設(shè)備，包括槽架12，所述槽架12內(nèi)部分隔成兩個(gè)獨(dú)立空間，分別為用于盛裝電解液的電解槽10和用于盛裝去離子水的水洗槽11 ;所述電解槽10內(nèi)設(shè)置有陰極板8，陰極板8接電解電源9負(fù)極；在電解槽10內(nèi)于陰極板8上方還設(shè)有第一絕緣導(dǎo)輥2 ;所述水洗槽11內(nèi)設(shè)置有第二絕緣導(dǎo)輥5，在電解槽10內(nèi)的第一絕導(dǎo)緣輥2與水洗槽11內(nèi)的第二絕緣導(dǎo)輥5之間于槽架12的上方還設(shè)置有第三絕緣導(dǎo)輥4 ;在第一絕緣導(dǎo)輥2的外側(cè)于槽架12上方設(shè)有第一陽(yáng)極導(dǎo)輥1，在第二絕緣導(dǎo)輥5的外側(cè)于槽架12上方設(shè)有第二陽(yáng)極導(dǎo)輥6，第一、第二陽(yáng)極導(dǎo)輥1，6接電解電源9正極。
[0016]為了使得碳纖維在電解槽內(nèi)的電解液與陰極板的作用下充分發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而帶上均勻的正電荷，所述第一陽(yáng)極導(dǎo)輥I與所述第一絕緣導(dǎo)輥2之間設(shè)置有第四絕緣導(dǎo)輥3。
[0017]優(yōu)選地，所述槽架12的材質(zhì)為聚四氟乙烯；所述陰極板8的材質(zhì)為銅；所述電解電源9為直流電源。
[0018]所述第一、第二陽(yáng)極導(dǎo)輥1，6與所述電解電源9及電解槽內(nèi)電解液的接觸面材質(zhì)為導(dǎo)電材質(zhì)，優(yōu)選不銹鋼；第一、第二陽(yáng)極導(dǎo)輥1，6接觸面的導(dǎo)電厚度為5um，其軸承和內(nèi)部材質(zhì)無(wú)特殊要求，金屬、高分子、無(wú)機(jī)材料均可。
[0019]所述第一、第二、第三和第四絕緣導(dǎo)輥2，3，4，5與電解槽內(nèi)電解液及水洗槽內(nèi)去離子水接觸面材質(zhì)為絕緣體材質(zhì)，優(yōu)選為陶瓷；第一、第二、第三和第四絕緣導(dǎo)輥2，3，4，5接觸面的絕緣體涂層厚度為f 5mm，其軸承和內(nèi)部材質(zhì)無(wú)特殊要求，金屬、高分子、無(wú)機(jī)材料均可
實(shí)施例1:
配置質(zhì)量濃度為5%的磷酸二氫銨電解質(zhì)溶液，將碳纖維引入碳纖維表面處理設(shè)備中進(jìn)行電化學(xué)處理，處理溫度為25°C，控制電解電流密度10mA/cm2，處理時(shí)間10s，100°C直接干燥，收取樣品；樣品按照GB3357-82測(cè)試層間剪切強(qiáng)度，性能測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。
[0020]實(shí)施例2:
配置質(zhì)量濃度為5%的磷酸二氫銨電解質(zhì)溶液，將碳纖維引入碳纖維表面處理設(shè)備中進(jìn)行電化學(xué)處理，處理溫度為25°C，控制電解電流密度5mA/cm2，處理時(shí)間25s，100°C直接干燥，收取樣品；樣品按照GB3357-82測(cè)試層間剪切強(qiáng)度，性能測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。
[0021]實(shí)施例3:
配置質(zhì)量濃度為2%的碳酸氫銨電解質(zhì)溶液，將碳纖維引入碳纖維表面處理設(shè)備中進(jìn)行電化學(xué)處理，處理溫度為25°C，控制電解電流密度12mA/cm2，處理時(shí)間60s，100°C直接干燥，收取樣品；樣品按照GB3357-82測(cè)試層間剪切強(qiáng)度，性能測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。
[0022]實(shí)施例4:
配置質(zhì)量濃度為4%的碳酸氫銨電解質(zhì)溶液，將碳纖維引入碳纖維表面處理設(shè)備中進(jìn)行電化學(xué)處理，處理溫度為25°C，控制電解電流密度15mA/cm2，處理時(shí)間55s，100°C直接干燥，收取樣品；樣品按照GB3357-82測(cè)試層間剪切強(qiáng)度，性能測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。
[0023]實(shí)施例5:
配置質(zhì)量濃度為6%的草酸銨電解質(zhì)溶液，將碳纖維引入碳纖維表面處理設(shè)備中進(jìn)行電化學(xué)處理，處理溫度為25°C，控制電解電流密度20mA/cm2，處理時(shí)間40s，100°C直接干燥，收取樣品；樣品按照GB3357-82測(cè)試層間剪切強(qiáng)度，性能測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。
[0024]對(duì)比例1:
將不進(jìn)行電化學(xué)處理的碳纖維按照GB3357-82測(cè)試層間剪切強(qiáng)度，作為本發(fā)明實(shí)施例的空白實(shí)驗(yàn)樣；性能測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。
[0025]對(duì)比例2:
配置質(zhì)量濃度為10%的碳酸氫銨電解質(zhì)溶液，將碳纖維引入碳纖維表面處理設(shè)備中進(jìn)行電化學(xué)處理，處理溫度為35°c，控制電解電流密度0.15mA/cm2，處理時(shí)間150s，隨后在室溫下用去離子水清洗，100°C干燥收取樣品，樣品按照GB3357-82測(cè)試層間剪切強(qiáng)度；性能測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。
[0026]表1實(shí)施例1飛和對(duì)比例f 2中碳纖維表面處理具體配比及性能測(cè)試結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種碳纖維表面處理設(shè)備，包括槽架(12)，其特征在于，所述槽架(12)內(nèi)部分隔成兩個(gè)獨(dú)立空間，分別為用于盛裝電解液的電解槽(10)和用于盛裝去離子水的水洗槽(11);所述電解槽(IO )內(nèi)設(shè)置有陰極板(8 )，陰極板(8)接電解電源(9)負(fù)極；在電解槽(IO )內(nèi)于陰極板(8)上方還設(shè)有第一絕緣導(dǎo)輥(2);所述水洗槽(11)內(nèi)設(shè)置有第二絕緣導(dǎo)輥(5)，在電解槽(10)內(nèi)的第一絕導(dǎo)緣輥(2)與水洗槽(11)內(nèi)的第二絕緣導(dǎo)輥(5)之間于槽架(12)的上方還設(shè)置有第三絕緣導(dǎo)輥(4);在第一絕緣導(dǎo)輥(2)的外側(cè)于槽架(12)上方設(shè)有第一陽(yáng)極導(dǎo)輥(1)，在第二絕緣導(dǎo)輥(5)的外側(cè)于槽架(12)上方設(shè)有第二陽(yáng)極導(dǎo)輥(6)，第一、第二陽(yáng)極導(dǎo)輥(1，6)接電解電源(9)正極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維表面處理設(shè)備，其特征在于，所述第一陽(yáng)極導(dǎo)輥(I)與所述第一絕緣導(dǎo)輥(2)之間設(shè)置有第四絕緣導(dǎo)輥(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳纖維表面處理設(shè)備，其特征在于，所述槽架(12)的材質(zhì)為聚四氟乙烯；所述第一、第二陽(yáng)極導(dǎo)輥(1，6)與所述電解電源(9)及電解槽(10)內(nèi)電解液的接觸面的材質(zhì)為不銹鋼；所述第一、第二、第三和第四絕緣導(dǎo)輥(2，3，4，5)與電解槽(10)內(nèi)電解液及水洗槽(11)內(nèi)去離子水接觸面的材質(zhì)為陶瓷；所述陰極板(8)的材質(zhì)為銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維表面處理設(shè)備，其特征在于，所述電解電源(9)為直流電源。
5.一種使用權(quán)利要求1所述的碳纖維表面處理設(shè)備的碳纖維表面處理方法，其特征在于，包括如下步驟: a)配置質(zhì)量濃度為2飛％的銨鹽電解質(zhì)溶液； b)將碳纖維引入碳纖維表面處理設(shè)備中進(jìn)行電化學(xué)處理，處理溫度為2(T40°C，控制電解電流密度5~20mA/cm2，處理時(shí)間l(T60s ； c)10(Tl2(TC直接干燥，即得。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的碳纖維表面處理方法，其特征在于，步驟a)所述銨鹽選自碳酸氫銨、磷酸二氫銨、草酸銨的一種或幾種混合物。
7.如權(quán)利要求5所述的碳纖維表面處理方法制備的碳纖維在汽車、醫(yī)療、食品加工業(yè)、化工領(lǐng)域的用途。
【文檔編號(hào)】C25D7/06GK103540982SQ201310431873
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】謝懷玉, 黃險(xiǎn)波, 陳大華, 宋威, 雷震, 易明, 肖彥, 熊少燕 申請(qǐng)人:廣州金發(fā)碳纖維新材料發(fā)展有限公司, 金發(fā)科技股份有限公司