本发明专利技术公开一种基于电晕放电的碳纤维表面处理装置及方法。该装置包括大辊子、小辊子和辅助辊子和表面处理腔；表面处理腔内部至少设有一套电晕放电装置，电晕放电装置由大辊子和小辊子组成，大辊子和小辊子的外表面间距为3～15mm，大辊子和小辊子相互配合作为电晕放电的两个电极；碳纤维从碳化炉出来后有余热，在表面处理腔中控制碳纤维温度为45～120℃，通过表面处理腔内部至少一套电晕放电装置对碳纤维进行电晕放电表面处理；使用本发明专利技术对碳纤维进行表面处理，碳纤维强度损失少；对表面结晶度高的高模量碳纤维获得明显的表面处理效果；无废液排放，环境污染少；碳纤维表面自由能增加，碳纤维复合材料层间剪切强度明显提高。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开。该装置包括大辊子、小辊子和辅助辊子和表面处理腔；表面处理腔内部至少设有一套电晕放电装置，电晕放电装置由大辊子和小辊子组成，大辊子和小辊子的外表面间距为3～15mm，大辊子和小辊子相互配合作为电晕放电的两个电极；碳纤维从碳化炉出来后有余热，在表面处理腔中控制碳纤维温度为45～120℃，通过表面处理腔内部至少一套电晕放电装置对碳纤维进行电晕放电表面处理；使用本专利技术对碳纤维进行表面处理，碳纤维强度损失少；对表面结晶度高的高模量碳纤维获得明显的表面处理效果；无废液排放，环境污染少；碳纤维表面自由能增加，碳纤维复合材料层间剪切强度明显提高。【专利说明】—种基于电晕放电的碳纤维表面处理装置及方法
本专利技术涉及一种碳纤维生产装置，特别是涉及一种利用电晕放电对碳纤维进行表面处理装置及方法，适合用于高模量碳纤维和石墨纤维生产时在线对碳纤维进行表面处理。
技术介绍
碳纤维及其复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能，但是，作为增强材料的碳纤维，由于其表面是由高度结晶化的石墨构成，因而具有较强的表面惰性，如果不进行表面处理而直接使用，复合材料中碳纤维与基材的亲和性很弱，载荷无法在树脂和纤维之间有效传递，无法获得高性能的复合材料。为了充分发挥碳纤维的力学性能，通常要对碳纤维进行表面处理。碳纤维表面处理的方法有:1)表面氧化法，又可分为气相氧化法、阳极电解氧化法、等离子氧化法和液相氧化法等，2)表面涂层法，又可分为清洗与涂层、氧化与涂层等，3)表面沉积法，又可分为化学气相沉积法(CVD)、热解涂层法和晶须化法等，4)其他方法还有中子辐照、电聚合与接枝共聚以及混合法等。在工业上得到实际应用的主要有阳极电解氧化法和气相氧化法，由于阳极电解氧化法反应缓和，易于控制，处理效果明显，应用最广。但是阳极电解氧化法存在以下缺点:耗电量大；对于高模量碳纤维处理效果不明显，达不到性能要求；效果单一，只能增加纤维表面含氧基团；造成碳纤维强度损失。电晕表面处理是在两个电极间施加高频率高电压，两个电极间电晕放电产生各种高度活性的粒子，在强电场和各种高度活性的粒子共同作用下，被处理物体的表面氧化和极化，表面变得粗糙并增加对极性溶剂的浸润性。电晕处理只对高聚物表层极浅的范围作用，对高聚物本身的机械性能不产生很大影响，处理时间短，速度快，可在线进行处理；操作简单、控制容易，成本低；无废液排放，对环境影响小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，基于现有技术的不足，提供一种新型的碳纤维表面处理的装置和方法。该方法利用电晕放电产生的各种高度活性的粒子，在强电场和高度活性的粒子共同作用下碳纤维表面性质发生改变，以达到提高碳纤维表面能，增强碳纤维复合材料层间剪切强度。本专利技术目的通过如下技术方案实现:一种基于电晕放电的碳纤维表面处理的装置，包括大辊子、小辊子、辅助辊子和表面处理腔；所述表面处理腔内部至少设有一套电晕放电装置，电晕放电装置由大辊子和小辊子组成，大辊子和小辊子相对设置，大辊子和小辊子的外表面间距为3?15_，大辊子和小辊子相互配合作为电晕放电的两个电极；表面处理腔左右两端分别设有混合气体入口和混合气体出口 ；表面处理腔上下端分别设有至少一个剩余气体出口 ；辅助辊子设置在表面处理腔的外侧，碳纤维从碳化炉出来后经辅助辊子进入表面处理腔，经表面处理后的碳纤维从表面处理腔出来后经辅助辊子进入上浆槽；当小辊子作为阳极时，大辊子与高压电源的正极连接，小辊子与电源的负极连接；当小辊子作为阴极时，大辊子与高压电源的负极连接，小辊子与电源的正极连接；大辊子和小辊子均由石墨制成；所述大辊子和小棍子为圆筒形；碳纤维经过辅助辊子后紧贴着大辊子外表面从大辊子和小辊子之间通过，在大辊子I和小辊子间加载高频率的脉冲电压，表面处理腔中的混合气体为氧气与氮气的混合气体或者氨气和氮气的混合气体；氧气与氮气的体积比为3:7 ;氨气和氮气体积比为2:8。优选地，所述表面处理腔内部有两套电晕放电装置。所述大辊子和小辊子的外表面间距为5?10mm。所述大辊子的直径为小辊子直径的2 - 5倍。应用所述装置的基于电晕放电的碳纤维表面处理方法:碳纤维从碳化炉出来后有余热，在表面处理腔中控制碳纤维温度为45?120°C，通过表面处理腔内部至少一套电晕放电装置对碳纤维进行电晕放电表面处理；加载在电晕放电的电极间电压为高频率的脉冲电压，电压在5?20千伏，频率在8?25千赫兹，占空比为15?55% ;表面处理腔内的混合气体为氧气与氮气的混合气体或者氨气和氮气的混合气体；氧气与氮气的体积比为3:7 ;氨气和氮气体积比为2:8 ;碳纤维紧贴大辊子外圆表面，碳纤维随着大辊子的转动而向前运动，在两个辊子间加载高频脉冲电压，小辊子电晕放电对通过两个辊子间的碳纤维进行表面处理；碳纤维与小辊子间的距离为3?15mm ;电晕放电使气体电离，产生高度活性的粒子，包括高速低温等离子，各种自由基和臭氧；在强电场和各种高度活性的粒子共同作用下，碳纤维表面层被刻蚀、氧化、分子发生枝接、活化，碳纤维表面性质发生改变。所述述电压为优选为10?15千伏，频率优选在10?20千赫兹。本专利技术常压下在电极施加高频率的高电压使电极发生电晕放电，碳纤维在两电极之间通过，电晕放电使气体电离，产生各种高度活性的粒子，包括高速低温等离子，各种自由基，臭氧；在强电场和各种高度活性的粒子共同作用下，碳纤维表面层被刻蚀、氧化、分子发生枝接、活化，碳纤维表面性质发生改变。碳纤维电晕放电表面处理工序被安排在碳化工艺之后，碳纤维从碳化炉出来后有余热，在碳纤维温度为45?120°C的位置处对碳纤维进行电晕放电表面处理；碳纤维经过电晕放电表面处理后进入上浆槽进行上浆。与现有的技术相比，本专利技术的有益效果在于:I)本专利技术碳纤维表面处理方法只是作用在碳纤维表面很浅的一层，碳纤维强度损失少；2)本专利技术对表面结晶度很高的高模量碳纤维和石墨纤维可以容易获得明显的表面处理效果；3)本专利技术处理的时间短，速度快，可在线处理；4)本专利技术反应可以控制，可设计的弹性空间大；5)本专利技术无废液排放，对环境污染少。6)经过本专利技术中所述的一种基于电晕放电的碳纤维表面处理方法处理过后的碳纤维表面自由能增加，碳纤维复合材料层间剪切强度明显提高。【专利附图】【附图说明】图1为基于电晕放电的碳纤维表面处理的流程图。图2为基于电晕放电的碳纤维表面处理的装置的结构示意图。图中示出:大辊子1、碳纤维2、小辊子3、辅助辊子4和表面处理腔5。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的实施方式不限于此。碳纤维电晕放电表面处理工艺被安排在碳纤维生产碳化工艺之后，如图1所示，碳纤维从碳化炉出来后有余热，进入基于电晕放电的碳纤维表面处理的装置中进行表面处理，碳纤维在该装置的温度为45?120°C ;碳纤维经过电晕放电表面处理后进入上浆槽进行上衆。图2为基于电晕放电的碳纤维表面处理的装置的结构示意图。如图2所示，基于电晕放电的碳纤维表面处理的装置包括大辊子1、小辊子3和辅助辊子4和表面处理腔5 ；大辊子I和小辊子3是指二者都为棍状，大棍子的截面直径大于小棍子的截面直径。表面处理腔5内部至少设有一套电晕本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于电晕放电的碳纤维表面处理的装置，其特征在于，包括大辊子、小辊子、辅助辊子和表面处理腔；所述表面处理腔内部至少设有一套电晕放电装置，电晕放电装置由大辊子和小辊子组成，大辊子和小辊子相对设置，大辊子和小辊子的外表面间距为3～15mm，大辊子和小辊子相互配合作为电晕放电的两个电极；表面处理腔左右两端分别设有混合气体入口和混合气体出口；表面处理腔上下端分别设有至少一个剩余气体出口；辅助辊子设置在表面处理腔的外侧，碳纤维从碳化炉出来后经辅助辊子进入表面处理腔，经表面处理后的碳纤维从表面处理腔出来后经辅助辊子进入上浆槽；当小辊子作为阳极时，大辊子与高压电源的正极连接，小辊子与电源的负极连接；当小辊子作为阴极时，大辊子与高压电源的负极连接，小辊子与电源的正极连接；大辊子和小辊子均由石墨制成；所述大辊子和小棍子为圆筒形；碳纤维经过辅助辊子后紧贴着大辊子外表面从大辊子和小辊子之间通过，在大辊子1和小辊子间加载高频率的脉冲电压，表面处理腔中的混合气体为氧气与氮气的混合气体或者氨气和氮气的混合气体；氧气与氮气的体积比为3:7；氨气和氮气体积比为2:8。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：汤勇，谢颖熙，陆龙生，袁伟，万珍平，李宗涛，李华宙，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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