一種基于電暈放電的碳纖維表面處理裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于電暈放電的碳纖維表面處理裝置及方法。該裝置包括大輥?zhàn)?、小輥?zhàn)雍洼o助輥?zhàn)雍捅砻嫣幚砬?；表面處理腔?nèi)部至少設(shè)有一套電暈放電裝置，電暈放電裝置由大輥?zhàn)雍托≥佔(zhàn)咏M成，大輥?zhàn)雍托≥佔(zhàn)拥耐獗砻骈g距為3～15mm，大輥?zhàn)雍托≥佔(zhàn)酉嗷ヅ浜献鳛殡姇灧烹姷膬蓚€(gè)電極；碳纖維從碳化爐出來后有余熱，在表面處理腔中控制碳纖維溫度為45～120℃，通過表面處理腔內(nèi)部至少一套電暈放電裝置對(duì)碳纖維進(jìn)行電暈放電表面處理；使用本發(fā)明對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理，碳纖維強(qiáng)度損失少；對(duì)表面結(jié)晶度高的高模量碳纖維獲得明顯的表面處理效果；無(wú)廢液排放，環(huán)境污染少；碳纖維表面自由能增加，碳纖維復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度明顯提高。
【專利說明】—種基于電暈放電的碳纖維表面處理裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳纖維生產(chǎn)裝置，特別是涉及一種利用電暈放電對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理裝置及方法，適合用于高模量碳纖維和石墨纖維生產(chǎn)時(shí)在線對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維及其復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能，但是，作為增強(qiáng)材料的碳纖維，由于其表面是由高度結(jié)晶化的石墨構(gòu)成，因而具有較強(qiáng)的表面惰性，如果不進(jìn)行表面處理而直接使用，復(fù)合材料中碳纖維與基材的親和性很弱，載荷無(wú)法在樹脂和纖維之間有效傳遞，無(wú)法獲得高性能的復(fù)合材料。為了充分發(fā)揮碳纖維的力學(xué)性能，通常要對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理。
[0003]碳纖維表面處理的方法有:1)表面氧化法，又可分為氣相氧化法、陽(yáng)極電解氧化法、等離子氧化法和液相氧化法等，2)表面涂層法，又可分為清洗與涂層、氧化與涂層等，
3)表面沉積法，又可分為化學(xué)氣相沉積法(CVD)、熱解涂層法和晶須化法等，4)其他方法還有中子輻照、電聚合與接枝共聚以及混合法等。
[0004]在工業(yè)上得到實(shí)際應(yīng)用的主要有陽(yáng)極電解氧化法和氣相氧化法，由于陽(yáng)極電解氧化法反應(yīng)緩和，易于控制，處理效果明顯，應(yīng)用最廣。但是陽(yáng)極電解氧化法存在以下缺點(diǎn):耗電量大；對(duì)于高模量碳纖維處理效果不明顯，達(dá)不到性能要求；效果單一，只能增加纖維表面含氧基團(tuán)；造成碳纖維強(qiáng)度損失。
[0005]電暈表面處理是在兩個(gè)電極間施加高頻率高電壓，兩個(gè)電極間電暈放電產(chǎn)生各種高度活性的粒子，在強(qiáng)電場(chǎng)和各種高度活性的粒子共同作用下，被處理物體的表面氧化和極化，表面變得粗糙并增加對(duì)極性溶劑的浸潤(rùn)性。電暈處理只對(duì)高聚物表層極淺的范圍作用，對(duì)高聚物本身的機(jī)械性能不產(chǎn)生很大影響，處理時(shí)間短，速度快，可在線進(jìn)行處理；操作簡(jiǎn)單、控制容易，成本低；無(wú)廢液排放，對(duì)環(huán)境影響小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，基于現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型的碳纖維表面處理的裝置和方法。該方法利用電暈放電產(chǎn)生的各種高度活性的粒子，在強(qiáng)電場(chǎng)和高度活性的粒子共同作用下碳纖維表面性質(zhì)發(fā)生改變，以達(dá)到提高碳纖維表面能，增強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度。
[0007]本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種基于電暈放電的碳纖維表面處理的裝置，包括大輥?zhàn)?、小輥?zhàn)印⑤o助輥?zhàn)雍捅砻嫣幚砬?；所述表面處理腔?nèi)部至少設(shè)有一套電暈放電裝置，電暈放電裝置由大輥?zhàn)雍托≥佔(zhàn)咏M成，大輥?zhàn)雍托≥佔(zhàn)酉鄬?duì)設(shè)置，大輥?zhàn)雍托≥佔(zhàn)拥耐獗砻骈g距為3?15_，大輥?zhàn)雍托≥佔(zhàn)酉嗷ヅ浜献鳛殡姇灧烹姷膬蓚€(gè)電極；表面處理腔左右兩端分別設(shè)有混合氣體入口和混合氣體出口 ；表面處理腔上下端分別設(shè)有至少一個(gè)剩余氣體出口 ；輔助輥?zhàn)釉O(shè)置在表面處理腔的外側(cè)，碳纖維從碳化爐出來后經(jīng)輔助輥?zhàn)舆M(jìn)入表面處理腔，經(jīng)表面處理后的碳纖維從表面處理腔出來后經(jīng)輔助輥?zhàn)舆M(jìn)入上漿槽；當(dāng)小輥?zhàn)幼鳛殛?yáng)極時(shí)，大輥?zhàn)优c高壓電源的正極連接，小輥?zhàn)优c電源的負(fù)極連接；當(dāng)小輥?zhàn)幼鳛殛帢O時(shí)，大輥?zhàn)优c高壓電源的負(fù)極連接，小輥?zhàn)优c電源的正極連接；大輥?zhàn)雍托≥佔(zhàn)泳墒瞥?；所述大輥?zhàn)雍托」髯訛閳A筒形；
[0009]碳纖維經(jīng)過輔助輥?zhàn)雍缶o貼著大輥?zhàn)油獗砻鎻拇筝佔(zhàn)雍托≥佔(zhàn)又g通過，在大輥?zhàn)覫和小輥?zhàn)娱g加載高頻率的脈沖電壓，表面處理腔中的混合氣體為氧氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w或者氨氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w；氧氣與氮?dú)獾捏w積比為3:7 ;氨氣和氮?dú)怏w積比為2:8。
[0010]優(yōu)選地，所述表面處理腔內(nèi)部有兩套電暈放電裝置。所述大輥?zhàn)雍托≥佔(zhàn)拥耐獗砻骈g距為5?10mm。所述大輥?zhàn)拥闹睆綖樾≥佔(zhàn)又睆降? - 5倍。
[0011]應(yīng)用所述裝置的基于電暈放電的碳纖維表面處理方法:碳纖維從碳化爐出來后有余熱，在表面處理腔中控制碳纖維溫度為45?120°C，通過表面處理腔內(nèi)部至少一套電暈放電裝置對(duì)碳纖維進(jìn)行電暈放電表面處理；加載在電暈放電的電極間電壓為高頻率的脈沖電壓，電壓在5?20千伏，頻率在8?25千赫茲，占空比為15?55% ;表面處理腔內(nèi)的混合氣體為氧氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w或者氨氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w；氧氣與氮?dú)獾捏w積比為3:7 ;氨氣和氮?dú)怏w積比為2:8 ;碳纖維緊貼大輥?zhàn)油鈭A表面，碳纖維隨著大輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)而向前運(yùn)動(dòng)，在兩個(gè)輥?zhàn)娱g加載高頻脈沖電壓，小輥?zhàn)与姇灧烹妼?duì)通過兩個(gè)輥?zhàn)娱g的碳纖維進(jìn)行表面處理；碳纖維與小輥?zhàn)娱g的距離為3?15mm ;電暈放電使氣體電離，產(chǎn)生高度活性的粒子，包括高速低溫等離子，各種自由基和臭氧；在強(qiáng)電場(chǎng)和各種高度活性的粒子共同作用下，碳纖維表面層被刻蝕、氧化、分子發(fā)生枝接、活化，碳纖維表面性質(zhì)發(fā)生改變。
[0012]所述述電壓為優(yōu)選為10?15千伏，頻率優(yōu)選在10?20千赫茲。
[0013]本發(fā)明常壓下在電極施加高頻率的高電壓使電極發(fā)生電暈放電，碳纖維在兩電極之間通過，電暈放電使氣體電離，產(chǎn)生各種高度活性的粒子，包括高速低溫等離子，各種自由基，臭氧；在強(qiáng)電場(chǎng)和各種高度活性的粒子共同作用下，碳纖維表面層被刻蝕、氧化、分子發(fā)生枝接、活化，碳纖維表面性質(zhì)發(fā)生改變。
[0014]碳纖維電暈放電表面處理工序被安排在碳化工藝之后，碳纖維從碳化爐出來后有余熱，在碳纖維溫度為45?120°C的位置處對(duì)碳纖維進(jìn)行電暈放電表面處理；碳纖維經(jīng)過電暈放電表面處理后進(jìn)入上漿槽進(jìn)行上漿。
[0015]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0016]I)本發(fā)明碳纖維表面處理方法只是作用在碳纖維表面很淺的一層，碳纖維強(qiáng)度損失少；
[0017]2)本發(fā)明對(duì)表面結(jié)晶度很高的高模量碳纖維和石墨纖維可以容易獲得明顯的表面處理效果；
[0018]3)本發(fā)明處理的時(shí)間短，速度快，可在線處理；
[0019]4)本發(fā)明反應(yīng)可以控制，可設(shè)計(jì)的彈性空間大；
[0020]5)本發(fā)明無(wú)廢液排放，對(duì)環(huán)境污染少。
[0021]6)經(jīng)過本發(fā)明中所述的一種基于電暈放電的碳纖維表面處理方法處理過后的碳纖維表面自由能增加，碳纖維復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度明顯提高。【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為基于電暈放電的碳纖維表面處理的流程圖。
[0023]圖2為基于電暈放電的碳纖維表面處理的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中示出:大輥?zhàn)?、碳纖維2、小輥?zhàn)?、輔助輥?zhàn)?和表面處理腔5。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0026]碳纖維電暈放電表面處理工藝被安排在碳纖維生產(chǎn)碳化工藝之后，如圖1所示，碳纖維從碳化爐出來后有余熱，進(jìn)入基于電暈放電的碳纖維表面處理的裝置中進(jìn)行表面處理，碳纖維在該裝置的溫度為45?120°C ;碳纖維經(jīng)過電暈放電表面處理后進(jìn)入上漿槽進(jìn)行上衆(zhòng)。
[0027]圖2為基于電暈放電的碳纖維表面處理的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，基于電暈放電的碳纖維表面處理的裝置包括大輥?zhàn)?、小輥?zhàn)?和輔助輥?zhàn)?和表面處理腔5 ；大輥?zhàn)覫和小輥?zhàn)?是指二者都為棍狀，大棍子的截面直徑大于小棍子的截面直徑。表面處理腔5內(nèi)部至少設(shè)有一套電暈放電裝置，優(yōu)選設(shè)有兩套電暈放電裝置，每套電暈放電裝置由大棍子I和小棍子3組成,大棍子I和小棍子3相對(duì)設(shè)置，大棍子I和小棍子3的外表面間距為3?15mm，大輥?zhàn)覫和小輥?zhàn)?相互配合作為電暈放電的兩個(gè)電極；表面處理腔5左右兩端分別設(shè)有混合氣體入口和剩余氣體出口 ；表面處理腔5上下端分別設(shè)有至少一個(gè)剩余氣體出口 ；輔助輥?zhàn)?設(shè)置在表面處理腔5的外側(cè)，碳纖維2從碳化爐出來后經(jīng)輔助輥?zhàn)?進(jìn)入表面處理腔5，經(jīng)表面處理后的碳纖維2從表面處理腔5出來后經(jīng)輔助輥?zhàn)?進(jìn)入上漿槽；當(dāng)小輥?zhàn)?作為陽(yáng)極時(shí)，大輥?zhàn)覫與高壓電源的正極連接，小輥?zhàn)优c電源的負(fù)極連接；當(dāng)小輥?zhàn)?作為陰極時(shí)，大輥?zhàn)覫與高壓電源的負(fù)極連接，小輥?zhàn)?與電源的正極連接；大輥?zhàn)覫和小輥?zhàn)?均由石墨制作。碳纖維2經(jīng)過輔助輥?zhàn)?后緊貼著大輥?zhàn)油獗砻鎻拇蠊髯覫和小棍子3之間通過,碳纖維與小棍子間的距離為3?15mm。在大棍子I和小輥?zhàn)?間加載高頻率的脈沖電壓，電壓范圍為5?20千伏，頻率在8?25千赫茲之間，占空比為15?55%范圍內(nèi)，在高頻脈沖電壓的作用下小輥?zhàn)影l(fā)生電暈放電現(xiàn)象。混合氣體為氧氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w或者氨氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w；氧氣與氮?dú)獾捏w積比為3:7 ;氨氣和氮?dú)怏w積比為2:8;
[0028]在兩個(gè)發(fā)生電暈放電的電極間通入配制的混合氣體，混合氣體從混合氣體入口處進(jìn)入，在小輥?zhàn)?與大輥?zhàn)覫間強(qiáng)電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象，剩余的氣體和產(chǎn)生的廢氣從剩余氣體出口排走。為了使碳纖維表面的羧基(-C00H)、羥基(-0H)、羰基(> C = O)等基團(tuán)增多，使用氧氣與氮?dú)饣旌献鳛榛旌蠚怏w，通入碳纖維電暈放電表面處理的裝置內(nèi)對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理。為了使碳纖維表面的氨基(CNH2)、氰基(C = N)等基團(tuán)增多，使用氨氣和氮?dú)饣旌献鳛榛旌蠚怏w，通入碳纖維電暈放電表面處理的裝置內(nèi)對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理。
[0029]電暈放電使氣體電離，產(chǎn)生各種高度活性的粒子，包括高速低溫等離子、各種自由基，臭氧；在強(qiáng)電場(chǎng)和各種高度活性的粒子共同作用下，碳纖維表面層被刻蝕、氧化、分子發(fā)生枝接、活化，碳纖維表面性質(zhì)發(fā)生改變。[0030]以圓筒狀的輥?zhàn)幼鳛殡姇灧烹姷膬蓚€(gè)電極，大輥?zhàn)覫和小棍子3相互配合；碳纖維2緊貼著大輥?zhàn)油鈭A表面在兩個(gè)輥?zhàn)娱g穿過，碳纖維隨著大輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)而向前運(yùn)動(dòng)，在兩個(gè)輥?zhàn)娱g加載高頻的脈沖電壓，小輥?zhàn)?電暈放電對(duì)通過兩個(gè)輥?zhàn)娱g的碳纖維進(jìn)行表面處理。在碳纖維進(jìn)入電暈放電表面處理的入口和出口處設(shè)置輔助輥?zhàn)?，以增大碳纖2與大輥?zhàn)覫的包角和改變碳纖維的走線方向。
[0031]實(shí)施例1
[0032]碳纖維電暈放電表面處理工藝被安排在碳纖維生產(chǎn)碳化工藝之后，如圖1所示，碳纖維從碳化爐出來后有余熱，在碳纖維溫度為120°C的位置處對(duì)碳纖維進(jìn)行電暈放電表面處理；碳纖維經(jīng)過電暈放電表面處理后進(jìn)入上漿槽進(jìn)行上漿。
[0033]圖2為基于電暈放電的碳纖維表面處理的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，基于電暈放電的碳纖維表面處理的裝置包括大輥?zhàn)?、碳纖維2、小輥?zhàn)?和輔助輥?zhàn)?和表面處理腔5。表面處理腔5內(nèi)部有兩套電暈放電裝置，電暈放電裝置由大輥?zhàn)覫和小輥?zhàn)?組成。當(dāng)小輥?zhàn)幼鳛殛?yáng)極時(shí)，大輥?zhàn)覫與高壓電源的正極連接，小輥?zhàn)优c電源的負(fù)極連接。表面處理腔5設(shè)置有混合氣體入口和剩余氣體出口，如圖2所示。在兩個(gè)發(fā)生電暈放電的電極間通入配制的混合氣體，混合氣體從混合氣體入口處進(jìn)入，在小輥?zhàn)?與大輥?zhàn)覫間強(qiáng)電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象，剩余的氣體和產(chǎn)生的廢氣從剩余氣體出口排走。
[0034]為了使碳纖維表面的羧基(-C00H)、羥基(-0H)、羰基(> C = O)等基團(tuán)增多，使用氧氣與氮?dú)饣旌献鳛榛旌蠚怏w，混合氣體中氧氣與氮?dú)獾捏w積比為3:7，通入碳纖維電暈放電表面處理的裝置內(nèi)對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理。
[0035]常壓下，大輥?zhàn)覫和小輥?zhàn)?相互配合作為電暈放電的兩個(gè)電極，其中小輥?zhàn)邮钱a(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象的電極，通常小輥?zhàn)?是陽(yáng)極，但亦可以為陰極。當(dāng)小輥?zhàn)?是陽(yáng)極時(shí)，小輥?zhàn)?與電源正極連接，大輥?zhàn)覫與電源負(fù)極連接。大輥?zhàn)覫和小輥?zhàn)?均由石墨制作。碳纖維經(jīng)過輔助輥后緊貼著大輥?zhàn)油獗砻鎻拇筝佔(zhàn)覫和小輥?zhàn)?之間通過，碳纖維與小輥?zhàn)娱g的距離為8mm。在大輥?zhàn)覫和小輥?zhàn)?間加載20千伏，12千赫茲，占空比為40%的高頻率的脈沖電壓，小輥?zhàn)影l(fā)生電暈放電現(xiàn)象。電暈放電使氣體電離，產(chǎn)生各種高度活性的粒子，包括高速低溫等離子，各種自由基，臭氧；在強(qiáng)電場(chǎng)和各種高度活性的粒子共同作用下，碳纖維表面層被刻蝕、氧化、分子發(fā)生枝接、活化，碳纖維表面性質(zhì)發(fā)生改變。
[0036]以圓筒狀的輥?zhàn)幼鳛殡姇灧烹姷膬蓚€(gè)電極，大輥?zhàn)覫和小棍子3相互配合；碳纖維2緊貼著大輥?zhàn)油鈭A表面在兩個(gè)輥?zhàn)娱g穿過，碳纖維隨著大輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)而向前運(yùn)動(dòng)，在兩個(gè)輥?zhàn)娱g加載高頻脈沖電壓，小輥?zhàn)?電暈放電對(duì)通過兩個(gè)輥?zhàn)娱g的碳纖維進(jìn)行表面處理；在碳纖維進(jìn)入電暈放電表面處理的入口和出口處設(shè)置輔助輥?zhàn)?，以增大碳纖2與大輥?zhàn)覫的包角和改變碳纖維的走線方向。
[0037]經(jīng)過氧氣與氮?dú)饣旌蠚怏w電暈放電處理過的碳纖維表面的羧基(-C00H)、羥基(-0H)、羰基(>C = 0)等基團(tuán)增多，表面自由能增加，碳纖維的浸潤(rùn)性得到改善，接觸角由69.8°C減小為53.7V ;所制成的碳纖維復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度(ILSS)可以提高到98.6MPa，增加的幅度為22.6%。
[0038]實(shí)施例2
[0039]碳纖維電暈放電表面處理工藝被安排在碳纖維生產(chǎn)碳化工藝之后，如圖1所示，碳纖維從碳化爐出來后有余熱，在碳纖維溫度為90°C的位置處對(duì)碳纖維進(jìn)行電暈放電表面處理；碳纖維經(jīng)過電暈放電表面處理后進(jìn)入上漿槽進(jìn)行上漿。
[0040]圖2為基于電暈放電的碳纖維表面處理的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，基于電暈放電的碳纖維表面處理的裝置包括大輥?zhàn)?、碳纖維2、小輥?zhàn)?和輔助輥?zhàn)?和表面處理腔5。表面處理腔5內(nèi)部有兩套電暈放電裝置，電暈放電裝置由大輥?zhàn)覫和小輥?zhàn)?組成。當(dāng)小輥?zhàn)幼鳛殛?yáng)極時(shí)，大輥?zhàn)覫與高壓電源的正極連接，小輥?zhàn)优c電源的負(fù)極連接。表面處理腔5設(shè)置有混合氣體入口和剩余氣體出口，如圖1所示。在兩個(gè)發(fā)生電暈放電的電極間通入配制的混合氣體，混合氣體從混合氣體入口處進(jìn)入，在小輥?zhàn)?與大輥?zhàn)覫間強(qiáng)電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象，剩余的氣體和產(chǎn)生的廢氣從剩余氣體出口排走。
[0041]為了使碳纖維表面的氨基(CNH2)、氰基(C = N)等基團(tuán)增多，使用氨氣和氮?dú)饣旌献鳛榛旌蠚怏w，混合氣體中氨氣和氮?dú)怏w積比為2:8，通入碳纖維電暈放電表面處理的裝置內(nèi)對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理。
[0042]常壓下，大輥?zhàn)覫和小輥?zhàn)?相互配合作為電暈放電的兩個(gè)電極，其中小輥?zhàn)邮钱a(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象的電極，通常小輥?zhàn)?是陽(yáng)極，但亦可以為陰極。當(dāng)小輥?zhàn)?是陽(yáng)極時(shí)，小輥?zhàn)?與電源正極連接，大輥?zhàn)覫與電源負(fù)極連接。大輥?zhàn)覫和小輥?zhàn)?均由石墨制作。碳纖維經(jīng)過輔助輥后緊貼著大輥?zhàn)油獗砻鎻拇筝佔(zhàn)覫和小輥?zhàn)?之間通過，碳纖維與小輥?zhàn)娱g的距離為8mm。在大輥?zhàn)覫和小輥?zhàn)?間加載12千伏，10千赫茲，占空比為50%的高頻率的脈沖電壓，小輥?zhàn)影l(fā)生電暈放電現(xiàn)象。電暈放電使氣體電離，產(chǎn)生各種高度活性的粒子，包括高速低溫等離子，各種自由基，臭氧；在強(qiáng)電場(chǎng)和各種高度活性的粒子共同作用下，碳纖維表面層被刻蝕、氧化、分子發(fā)生枝接、活化，碳纖維表面性質(zhì)發(fā)生改變。
[0043]以圓筒狀的輥?zhàn)幼鳛殡姇灧烹姷膬蓚€(gè)電極，大輥?zhàn)覫和小棍子3相互配合；碳纖維2緊貼著大輥?zhàn)油鈭A表面在兩個(gè)輥?zhàn)娱g穿過，碳纖維隨著大輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)而向前運(yùn)動(dòng)，在兩個(gè)輥?zhàn)娱g加載高頻脈沖電壓，小輥?zhàn)?電暈放電對(duì)通過兩個(gè)輥?zhàn)娱g的碳纖維進(jìn)行表面處理；在碳纖維進(jìn)入電暈放電表面處理的入口和出口處設(shè)置輔助輥?zhàn)?，以增大碳纖2與大輥?zhàn)覫的包角和改變碳纖維的走線方向。
[0044]經(jīng)過氧氣與氮?dú)饣旌蠚怏w電暈放電處理過的碳纖維表面的氨基(CNH2)、氰基(C = N)等基團(tuán)增多，表面自由能增加，碳纖維的浸潤(rùn)性得到改善，接觸角由69.8°C減小為48.3°C;所制成的碳纖維復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度(ILSS)可以提高到100.6MPa，增加的幅度為 25.1%。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電暈放電的碳纖維表面處理的裝置，其特征在于，包括大棍子、小棍子、輔助輥?zhàn)雍捅砻嫣幚砬?；所述表面處理腔?nèi)部至少設(shè)有一套電暈放電裝置，電暈放電裝置由大輥?zhàn)雍托≥佔(zhàn)咏M成，大輥?zhàn)雍托≥佔(zhàn)酉鄬?duì)設(shè)置，大輥?zhàn)雍托≥佔(zhàn)拥耐獗砻骈g距為3?15mm，大輥?zhàn)雍托≥佔(zhàn)酉嗷ヅ浜献鳛殡姇灧烹姷膬蓚€(gè)電極；表面處理腔左右兩端分別設(shè)有混合氣體入口和混合氣體出口 ；表面處理腔上下端分別設(shè)有至少一個(gè)剩余氣體出口 ；輔助輥?zhàn)釉O(shè)置在表面處理腔的外側(cè)，碳纖維從碳化爐出來后經(jīng)輔助輥?zhàn)舆M(jìn)入表面處理腔，經(jīng)表面處理后的碳纖維從表面處理腔出來后經(jīng)輔助輥?zhàn)舆M(jìn)入上漿槽；當(dāng)小輥?zhàn)幼鳛殛?yáng)極時(shí)，大輥?zhàn)优c高壓電源的正極連接，小輥?zhàn)优c電源的負(fù)極連接；當(dāng)小輥?zhàn)幼鳛殛帢O時(shí)，大輥?zhàn)优c高壓電源的負(fù)極連接，小輥?zhàn)优c電源的正極連接；大輥?zhàn)雍托≥佔(zhàn)泳墒瞥?；所述大輥?zhàn)雍托」髯訛閳A筒形； 碳纖維經(jīng)過輔助輥?zhàn)雍缶o貼著大輥?zhàn)油獗砻鎻拇筝佔(zhàn)雍托≥佔(zhàn)又g通過，在大輥?zhàn)覫和小輥?zhàn)娱g加載高頻率的脈沖電壓，表面處理腔中的混合氣體為氧氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w或者氨氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w；氧氣與氮?dú)獾捏w積比為3:7 ;氨氣和氮?dú)怏w積比為2:8。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電暈放電的碳纖維表面處理的裝置，其特征在于，所述表面處理腔內(nèi)部有兩套電暈放電裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電暈放電的碳纖維表面處理的裝置，其特征在于，所述大棍子和小棍子的外表面間距為5?10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電暈放電的碳纖維表面處理的裝置，其特征在于，所述大輥?zhàn)拥闹睆綖樾≥佔(zhàn)又睆降? - 5倍。
5.應(yīng)用權(quán)利要求1- 4任一項(xiàng)所述裝置的基于電暈放電的碳纖維表面處理方法，其特征在于:碳纖維從碳化爐出來后有余熱，在表面處理腔中控制碳纖維溫度為45?120°C，通過表面處理腔內(nèi)部至少一套電暈放電裝置對(duì)碳纖維進(jìn)行電暈放電表面處理；加載在電暈放電的電極間電壓為高頻率的脈沖電壓，電壓在5?20千伏，頻率在8?25千赫茲，占空比為15?55% ;表面處理腔內(nèi)的混合氣體為氧氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w或者氨氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w；氧氣與氮?dú)獾捏w積比為3:7 ;氨氣和氮?dú)怏w積比為2:8 ;碳纖維緊貼大輥?zhàn)油鈭A表面，碳纖維隨著大輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)而向前運(yùn)動(dòng)，在兩個(gè)輥?zhàn)娱g加載高頻脈沖電壓，小輥?zhàn)与姇灧烹妼?duì)通過兩個(gè)輥?zhàn)娱g的碳纖維進(jìn)行表面處理；碳纖維與小輥?zhàn)娱g的距離為3?15mm ;電暈放電使氣體電離，產(chǎn)生高度活性的粒子，包括高速低溫等離子，各種自由基和臭氧；在強(qiáng)電場(chǎng)和各種高度活性的粒子共同作用下，碳纖維表面層被刻蝕、氧化、分子發(fā)生枝接、活化，碳纖維表面性質(zhì)發(fā)生改變。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于電暈放電的碳纖維表面處理方法,其特征在于:所述電壓為10?15千伏，頻率在10?20千赫茲。
【文檔編號(hào)】D06M10/02GK103938429SQ201410174730
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】湯勇, 謝穎熙, 陸龍生, 袁偉, 萬(wàn)珍平, 李宗濤, 李華宙 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)