本發(fā)明涉及的是一種短碳纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
碳纖維(Carbon Fiber，簡稱Cf)是一種纖維狀碳材料，泛指一些以碳纖維編織或多層復(fù)合而成的材料。它的密度只1.8～2.1g/cm3，但強(qiáng)度卻可以與普通鋼相比，它的密度不足鋼的1/4，但強(qiáng)度可以比鋼高十倍；同時(shí)具有高的比強(qiáng)度和比模量，抗蠕變、耐疲勞性好、導(dǎo)熱及導(dǎo)電性好、熱膨脹系數(shù)小、耐高溫性好且具有特殊的耐腐蝕、電磁屏蔽性等優(yōu)越性能的功能型纖維材料。因其具有這一系列優(yōu)異性能，使得其已經(jīng)成為先進(jìn)復(fù)合材料領(lǐng)域中一種最重要的增強(qiáng)體材料被廣泛應(yīng)用于艦船、核技術(shù)、電子工業(yè)、采礦、醫(yī)藥、運(yùn)動(dòng)器械和汽車工業(yè)等許多領(lǐng)域。
碳纖維因其良好的物理、化學(xué)性能，近年來得到越來越多的重視，在材料的合成制備過程中，尤其是復(fù)合材料中應(yīng)用廣泛，取得了很好地效果。在某些特定條件下如粉末冶金，對(duì)碳纖維的尺寸會(huì)有一定的要求。市場(chǎng)購買的碳纖維大都是成品長碳纖維束，目前碳纖維的短切主要采用專門的切斷機(jī)進(jìn)行，切斷機(jī)龐大并且相對(duì)比較昂貴，且碳纖維本身的韌性高，用刀片不容易進(jìn)行切斷，短切質(zhì)量有時(shí)候也達(dá)不到預(yù)期的要求。經(jīng)過短切的碳纖維很容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，影響后續(xù)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。公開號(hào)為CN104084969A的專利文件中公開了《一種碳纖維絲束短切裝置及其剪切方法》，通過卷刀來得到短碳纖維；公開號(hào)CN203510297U的專利文件中公開了《一種實(shí)驗(yàn)室用碳纖維短切裝置》，用鍘刀來對(duì)碳纖維短切。因?yàn)樘祭w維本身韌性特別高，不容易用刀來進(jìn)行切割，得到的短碳纖維尺度大小和均勻性不是特別理想。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠得到理想的短切纖維，成本，同時(shí)能避免因使用刀片類裝置存在的安全隱患的制備短碳纖維的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
步驟一，將碳纖維放在馬弗爐中450℃-550℃環(huán)境下處理10-20分鐘；
步驟二，用去離子水清洗碳纖維2-3遍，烘干；
步驟三，用球磨機(jī)球磨得到短切纖維；
步驟四，用酒精和聚乙二醇對(duì)短切纖維進(jìn)行分散。
球磨機(jī)中的鋼球?yàn)?0mm和7mm的鋼球各50個(gè)。
球磨時(shí)間為3-5分鐘。
球磨過程中用酒精潤濕進(jìn)行濕磨，酒精加入量約占球磨體積的1/3。
本發(fā)明找到了一種用球磨機(jī)對(duì)碳纖維進(jìn)行有效短切的方法，得到合格的短切碳纖維。
目前碳纖維的短切主要采用專門的切斷機(jī)進(jìn)行，本發(fā)明用常見的球磨機(jī)對(duì)碳纖維進(jìn)行短切處理。球磨機(jī)主要由圓柱形筒體、端蓋、軸承和傳動(dòng)大齒圈等部件組成，筒體內(nèi)裝入一定直徑的鋼球或鋼棒，稱為磨介。球磨機(jī)筒體旋轉(zhuǎn)時(shí)，研磨體貼附研磨體帶到一定高度后因重力作用自由下落，將研磨體內(nèi)物料擊碎。同時(shí)研磨體內(nèi)除了有上升、下落運(yùn)動(dòng)外，還會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)、滾動(dòng)，從而對(duì)其內(nèi)物料進(jìn)行研磨細(xì)磨。
在球磨過程中，作為磨介的鋼球都是點(diǎn)接觸，在球磨過程中，如果磨介尺寸一樣或者相差不大，在球磨過程中可能因?yàn)槟ソ橹g的接觸不完整而使球磨效果不佳。不同磨介的比例對(duì)最后研磨的質(zhì)量有很大的影響，本發(fā)明研究了不同磨介比例下研磨效果，得到了適合磨介比。
本發(fā)明將碳纖維放入馬弗爐中高溫去膠，對(duì)處理后的碳纖維進(jìn)行球磨處理，球磨時(shí)間選擇3至5分鐘。對(duì)球磨的碳纖維用分散劑進(jìn)行分散性處理，得到所需短切碳纖維。
本發(fā)明所具有的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和有益效果為：
(1)本發(fā)明通過用球磨機(jī)替代傳統(tǒng)刀片類短切裝置，調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，得到理想的短切纖維，有效降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)避免因使用刀片類裝置存在的安全隱患。
(2)通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)，球磨時(shí)選擇選用10mm和7mm的鋼球，球磨時(shí)間為3-5分鐘，用酒精潤濕進(jìn)行濕磨，酒精加入量約占球磨體積的1/3，可以得到質(zhì)量較好的短切碳纖維。
(3)本發(fā)明提供了一種對(duì)碳纖維進(jìn)行短切的有效方法，可以很好地滿足在一些生產(chǎn)中對(duì)短碳纖維的需求。但因?yàn)樾枰唧w的短碳纖維有所差別，在球磨中可做相應(yīng)的改變已達(dá)到自己需要的短碳纖維。
附圖說明
圖1為實(shí)施例3得到的短切碳纖維的粒度分布.
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的制備過程主要包括：
(a)去膠：將碳纖維放在馬弗爐中450℃-550℃環(huán)境下10-20分鐘，去除其表面有機(jī)膠。
(b)清洗：用去離子水清洗碳纖維2-3遍，用鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行烘干。
(c)球磨：用球磨機(jī)球磨，選用10mm和7mm的鋼球個(gè)50個(gè)。
(d)分散：用酒精和聚乙二醇對(duì)短切纖維進(jìn)行分散。
以下通過具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施例是用于說明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制，在本發(fā)明的構(gòu)思前提下對(duì)本發(fā)明做簡單改進(jìn)，都屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
實(shí)施例1：
a)將碳纖維放在馬弗爐中450℃-550℃環(huán)境下10-20分鐘，去除其表面有機(jī)膠。
b)清洗用去離子水清洗碳纖維2-3，遍用鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行烘干。
c)球磨用球磨機(jī)球磨。磨介全部為10mm鋼球，約100個(gè)。球磨時(shí)間為3分鐘。
d)取出球磨后碳纖維，可以發(fā)現(xiàn)碳纖維球磨結(jié)果比較粗糙，長短不一。
實(shí)施例2：
a)將碳纖維放在馬弗爐中450℃-550℃環(huán)境下10-20分鐘，去除其表面有機(jī)膠。
b)清洗用去離子水清洗碳纖維2-3次，遍用鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行烘干。
c)球磨將去膠的碳纖維放在球磨罐中，磨介為10mm鋼球和7mm鋼球，比例2:1共100個(gè)。球磨時(shí)間為3分鐘。
d)取出球磨后碳纖維，可以發(fā)現(xiàn)碳纖維球磨結(jié)果達(dá)到了比較理想的結(jié)果。
e)用濾紙濾掉酒精得到球磨的短碳纖維，60℃下鼓風(fēng)干燥箱干燥。配置酒精和聚乙二醇的混合液100ml，其中聚乙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5％。在超聲條件下進(jìn)行分散處理，時(shí)間為30min。
實(shí)施例3：
a)將碳纖維放在馬弗爐中450℃-550℃環(huán)境下10-20分鐘，去除其表面有機(jī)膠。
b)清洗用去離子水清洗碳纖維2-3，遍用鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行烘干。
f)球磨將去膠的碳纖維放在球磨罐中，磨介為10mm鋼球和7mm鋼球，比例1:1共100個(gè)。球磨時(shí)間為3分鐘。
c)取出球磨后碳纖維，可以發(fā)現(xiàn)碳纖維球磨結(jié)果和實(shí)例2相似，但效果明顯有提高。
d)用濾紙濾掉酒精得到球磨的短碳纖維，60℃下鼓風(fēng)干燥箱干燥。配置酒精和聚乙二醇的混合液100ml，其中聚乙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5％。在超聲條件下進(jìn)行分散處理，時(shí)間為30min。
e)用粒度分析儀測(cè)試短切碳纖維長，得到的短切碳纖維的粒度分布，粒度大部分集中在300um左右。