碳化纤维制造设备制造技术

本实用新型专利技术的碳化纤维制造设备，基本上设有一供料模组、一高温碳化模组、一电浆表面处理模组、一上浆模组以及一收料模组，可令供料模组释出的碳纤维前驱物纤维束按照预先设定的速度依序完成包括高温碳化、电浆表面处理及上浆等加工流程，除可将碳纤维前驱物纤维束加热形成碳化纤维之外，更进一步得到表面具有树脂油剂的碳化纤维；尤其，透过电浆表面处理模组使碳化纤维表面粗糙化，同时增加表面的官能基，有助于碳化纤维与树脂油剂达成优质的接口接合，进而获得结构相对更为稳固可靠的碳化纤维，并且有效缩减设备成本及工时。

Carbon fiber manufacturing equipment

The utility model has the advantages of carbon fiber manufacturing equipment, basically comprises a feeding module, a high temperature carbonization module, a plasma processing module, a receiving module and a sizing module, fiber carbon fiber precursor beam can make the feeding module released according to the preset speed in order to complete including high-temperature carbonization, plasma surface processing and sizing process, in addition to the carbon fiber precursor fiber bundle is heated to form a carbon fiber, carbon fiber resin obtained further with oil on the surface; especially, through the plasma surface treatment of carbon fiber module to surface roughness, while increasing the functionalized surface, contribute to carbon fiber and resin a high quality oil interface bonding, and the structure is relatively more stable and reliable for carbon fiber, and effectively reduce the cost of equipment and working hours.

【技术实现步骤摘要】
碳化纤维制造设备
本技术有关碳化纤维的制造设备，特别是指一种可大幅提升碳化纤维上浆质量，且有效缩减碳化纤维生产设备成本及工时的碳化纤维制造设备。
技术介绍
碳化纤维依纤维当中的碳含量不同又可分为碳纤维或石墨纤维，其由于具有优异的力学特性及电气特性，可广泛应用于各种用途；坊间所见的碳化纤维多将聚丙烯腈系纤维等碳纤维的前驱物纤维(precursorfiber)成束而成的碳纤维前驱物纤维束进行煅烧(高温碳化)而获得。可供做为碳化纤维的前驱物纤维种类相当多，如嫘萦、聚乙烯醇、偏氯乙烯、聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)、沥青(pitch)等；现有主流使用的碳纤维采用聚丙烯腈(PAN)为原料，其流程一般如下：PAN原料(前驱物纤维)→预氧化步骤→高温碳化步骤→表面处理→上浆。其中，在碳化步骤中，则依照在碳化纤维的用途，以不同的加热设备将碳纤维前驱物纤维束加热成为碳纤维或是石墨纤维；原则上，石墨纤维的纤维当中的碳含量达90％以上，并形成二维碳环平面的网状结构和层片平行的石墨层结构；研究结果显示高强度型碳纤维的结晶区约由5～6层石墨平面组成，高强度高模数型碳纤维的结晶区约由10～20层石墨平面组成；理论上和实际商品验证均指出，石墨层晶粒厚度越大，碳纤维的拉伸模数越高。另一方面，未经过处理的碳化纤维对基质树脂具有不足的黏附性，而且其具有不良的横向性质，如分离强度及切力强度，因此较少直接利用，通常依照用途成型为与基质树脂组合的碳化纤维复合材料，且完成碳化步骤的碳化纤维在出厂前多会于表面涂布一层油剂(上浆步骤)，以保护纤维不致因为后续工艺的摩擦而导致断裂，影响整体碳化纤维的质量。再者，碳化纤维在高温碳化步骤中，通常因为高温烧熔作用使得其纤维表面过于细致化且几无表面官能基，导致纤维无法与树脂油剂完整结合；已知可利用热处理或电解技术对已完成高温碳化步骤的纤维施以表面处理，藉以改善纤维与树脂油剂之间的结合效果。然而，以热处理方式对碳化纤维进行表面处理时，不但必须花费较多的时间，且通常一次处理较多的数量，相对较不容易掌控加工质量；至于，以电解方式对碳化纤维进行表面处理时，则必须在事后经过至少一道干燥程序始得以于纤维表面涂布油剂，且通常因为电解液变动而影响加工质量，甚至在纤维表面产生沉积现象。
技术实现思路
本技术所解决的技术问题即在提供一种可大幅提升碳化纤维上浆质量，且有效缩减碳化纤维生产设备成本及工时的碳化纤维制造设备。本技术所采用的技术手段如下所述。为了达到上揭目的，本技术的碳化纤维制造设备，至少包含：一供料模组及一收料模组，该收料模组设于该供料模组的周边处，且该供料模组及该收料模组构成一碳化纤维拖曳行程；一高温碳化模组，设于该碳化纤维拖曳行程且位于该供料模组与该收料模组之间，用以对该碳化纤维拖曳行程进行加热；一电浆表面处理模组，设于该碳化纤维拖曳行程且位于该高温碳化模组与该收料模组之间，用以对该碳化纤维拖曳行程提供电浆气流；一上浆模组，设于该碳化纤维拖曳行程且位于该电浆表面处理模组与该收料模组之间，使该碳化纤维的表面覆盖一树脂油剂。利用上述结构特征，本技术的碳化纤维制造设备，可在该供料模组、该高温碳化模组、该电浆表面处理模组、该上浆模组以及该收料模组的整合运作下，令该供料模组释出的一碳纤维前驱物纤维束按照预先设定的速度依序完成高温碳化、电浆表面处理及上浆等加工流程，以相对更为积极、可靠的手段，将该碳纤维前驱物纤维束加热形成该碳化纤维，进一步得到表面具有该树脂油剂的该碳化纤维；尤其，可透过该电浆表面处模组使该碳化纤维的表面粗糙化，同时增加该碳化纤维表面的官能基，在该碳化纤维后续的上浆步骤中，有助于该碳化纤维与该树脂油剂达成优质的接口接合，大幅提升碳化纤维的上浆质量，进而获得结构相对更为稳固可靠的该碳化纤维，且电浆表面处理属于干式且相对快速的表面处理技术，有效缩减碳化纤维生产设备成本及工时。依据上述技术特征，该高温碳化模组具有一供该碳化纤维拖曳行程或该碳纤维前驱物纤维束通过的腔体，该腔体内形成有至少一微波场集中区，且提供惰性气体以及高频微波，在惰性气体气氛保护下，利用高频微波电场与通过微波场集中区的碳纤维前驱物纤维束产生感应电流加热而产生急速高温。依据上述技术特征，该高温碳化模组具有一供该碳纤维前驱物纤维束通过的腔体，该腔体内形成有至少一微波场集中区，且一供气模组提供惰性气体以及一微波产生模组提供高频微波，在惰性气体气氛保护下，利用高频微波电场与通过微波场集中区的该碳纤维前驱物纤维束产生感应电流加热而产生急速高温；该电浆表面处理模组，至少设有一供产生电浆气流的电浆产生机组。依据上述技术特征，该电浆表面处理模组，可在相对于碳化纤维拖曳行程的上、下位置处，皆设有至少一电浆产生机组。所述该腔体为一椭圆腔体。所述该腔体为一椭圆腔体，且该腔体配有至少一对微波具高感应性的材料。所述该腔体为一平板腔体。所述该腔体为一平板腔体，且该腔体配有至少一对微波具高感应性的材料。所述各该电浆产生机组可供产生功率介于100～10000瓦(W)的电浆气流。所述各该电浆产生机组可供产生功率介于100～10000瓦(W)的大气电浆气流。所述各该电浆产生机组可供产生功率介于100～10000瓦(W)的低压电浆气流。所述各该电浆产生机组可供产生功率介于100～10000瓦(W)的微波电浆气流。所述各该电浆产生机组可供产生功率介于100～10000瓦(W)的辉光电浆气流。所述该上浆模组，至少设有一供盛装树脂油剂的储液槽。所述该碳化纤维制造设备，进一步包括一干燥模组，该干燥模组相对设于该上浆模组与该收料模组之间的碳化纤维拖曳行程处，用以令该树脂油剂稳固附着在该碳化纤维表面。本技术所产生的技术效果：本技术所揭露的碳化纤维制造设备，相对更为积极、可靠的手段，将碳纤维前驱物纤维束加热形成碳化纤维，进一步得到表面具有树脂油剂的碳化纤维；尤其，可透过电浆表面处模组使碳化纤维的表面粗糙化，同时增加碳化纤维表面的官能基，大幅提升碳化纤维的上浆质量，以及，利用高温碳化模组的微波聚焦加热方式，可由同一设备应用于未经过表面预氧化加工处理的碳纤维前驱物纤维束或是已预先经过表面预氧化加工处理的碳纤维前驱物纤维束，且透过简单调整微波功率的方式，用以生产一般碳化纤维或高模数碳化纤维(石墨纤维)，有效缩减碳化纤维生产设备成本及工时。附图说明图1为本技术第一实施例的碳化纤维制造设备基本组成架构示意图。图2为本技术当中一种可以实施的高温碳化模组结构示意图。图3为经本技术当中的电浆表面处理模组完成电浆表面处理加工流程的碳化纤维断面结构示意图。图4为经本技术当中的上浆模组完成上浆加工流程的碳化纤维断面结构示意图。图5为本技术第二实施例的碳化纤维制造设备组成架构示意图。图6为本技术当中另一种可以实施的高温碳化模组结构示意图。图7a为未经电浆表面处理的待测试对象的SEM图。图7b为有经电浆表面处理的待测试对象的SEM图。图号说明：10供料模组20收料模组21卷纱组件30高温碳化模组31腔体311微波场集中区32供气模组33微波产生模组34对微波具高感应性的材料40电浆表面处理模组41电浆产生机组50上浆模组51储液槽60干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化纤维制造设备，其特征在于，至少包含：一供料模组及一收料模组，该收料模组设于该供料模组的周边处，且该供料模组及该收料模组构成一碳化纤维拖曳行程；一高温碳化模组，设于该碳化纤维拖曳行程且位于该供料模组与该收料模组之间，用以对该碳化纤维拖曳行程进行加热；一电浆表面处理模组，设于该碳化纤维拖曳行程且位于该高温碳化模组与该收料模组之间，用以对该碳化纤维拖曳行程提供电浆气流；一上浆模组，设于该碳化纤维拖曳行程且位于该电浆表面处理模组与该收料模组之间。

【技术特征摘要】
1.一种碳化纤维制造设备，其特征在于，至少包含：一供料模组及一收料模组，该收料模组设于该供料模组的周边处，且该供料模组及该收料模组构成一碳化纤维拖曳行程；一高温碳化模组，设于该碳化纤维拖曳行程且位于该供料模组与该收料模组之间，用以对该碳化纤维拖曳行程进行加热；一电浆表面处理模组，设于该碳化纤维拖曳行程且位于该高温碳化模组与该收料模组之间，用以对该碳化纤维拖曳行程提供电浆气流；一上浆模组，设于该碳化纤维拖曳行程且位于该电浆表面处理模组与该收料模组之间。2.如权利要求1所述的碳化纤维制造设备，其特征在于，该高温碳化模组具有一腔体、一供气模组及一微波产生模组，该碳化纤维拖曳行程通过该腔体内，该供气模组用以供应惰性气体，该微波产生模组用以提供高频微波。3.如权利要求2所述的碳化纤维制造设备，其特征在于，该电浆表面处理模组，至少设有一电浆产生机组。4.如权利要求2所述的碳化纤维制造设备，其特征在于，该电浆表面处理模组，在相对于碳化纤维拖曳行程的上、下位置处，皆设有至少一电浆产生机组。5.如权利要求2所述的碳化纤维制造设备，其特征在于，该腔体为一椭圆腔体。6.如权利要求5所述的碳化纤维制造设备，其特征在于，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智永，
申请(专利权)人：永虹先进材料股份有限公司，
类型：新型
国别省市：中国台湾,71