一种大规模微细碳纤维分散收集与二次输送装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大规模微细碳纤维分散收集与二次输送装置，包括：多材料复合接收阳极板，用于静电激励的输入；选择性正对所述多材料复合接收阳极板设置的阴极托板、阴极接收板，所述阴极托板用于接地回路的输出和样品存放，所述阴极接收板用于接地回路的输出和二次输送靶向目标的安装定位；二次输送靶向目标，设置于所述阴极接收板上，用于对分散收集的大规模微细碳纤维二次输送后的接收观察和表征；本发明专利技术公开了一种大规模微细碳纤维分散收集与二次输送方法。本发明专利技术有效解决了局部搭接聚集、整体杂乱成团的大规模微细碳纤维在分散、收集和二次利用目标下的高效、稳定、易于功能集成的技术问题。集成的技术问题。集成的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种大规模微细碳纤维分散收集与二次输送装置及方法


[0001]本专利技术涉及碳纤维复合材料
，具体涉及一种大规模微细碳纤维分散收集与二次输送装置及方法。

技术介绍

[0002]热固性碳纤维增强树脂基复合材料具备较高的比强度、比模量，较强的耐腐蚀性和良好的可设计性，而广泛应用于航空航天、汽车运载、新能源装备等工业领域和功能材料设计制造研究。经过热压固化成型后的热固性碳纤维增强树脂基复合材料在面内方向的力学性能优越，但在面外方向存在层间结合强度较低、易分层失效等性能缺陷。为优化热固性碳纤维增强树脂基复合材料的面外力学性能，Z
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pin技术较为广泛的应用。将制备的不同直径的碳纤维丝束pin针通过机械和预热超声辅助等方式从面外Z方向植入到热固性碳纤维增强树脂基复合材料预浸料中。通过Z
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pin增强的热固性碳纤维增强树脂基复合材料可显著提高层间断裂韧性，而具有极大的科研意义和工程价值。但由于现有的Z
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pin技术所采用的碳纤维丝束pin针直径在毫米量级，与热固性碳纤维增强树脂基复合材料的微米级基体纤维尺度存在显著差异，导致了传统的Z
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pin技术三维增强后，在热固性碳纤维增强树脂基复合材料基体的碳纤维丝束pin针植入处存在呈鱼眼形状的富树脂区域，这将使热固性碳纤维增强树脂基复合材料的面内力学性能受到损失。通过损失面内性能来增强面外性能的传统Z
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pin技术是需要改进的，最根本的优化途径是减小碳纤维丝束pin针的直径尺寸。另一方面，由于碳纤维丝束pin针制备工艺和刚度性能限制，使得碳纤维丝束pin针无法达到足够微细的尺度，在领域内最新工作中实现了直径为0.1mm碳纤维丝束pin针的增强作用研究，但仍无法避免热固性碳纤维增强树脂基复合材料面内性能有折损的情况。因此，研究与热固性碳纤维增强树脂基复合材料基体纤维在同一尺度下的微细碳纤维作为三维增强介质进行植入热固性碳纤维增强树脂基复合材料预浸料的工艺和技术，对于实现增强面外性能、维护面内性能的热固性碳纤维增强树脂基复合材料三维增强设计与制造的技术目标具有重要意义。同时在近十年的功能材料前沿领域，微细碳纤维作为功能增强体在导电、导热、微波吸收等物理功能增强材料的设计和制备中富有潜力，探索了以静电植绒、模压成型、热塑成型等物理方法为代表的功能材料制备工艺和技术。特别地，在热固性碳纤维增强树脂基复合材料先进三维面外力学性能增强和功能材料三维增强设计与制造这两个先进复合材料研究领域，增强体材料的数密度、方向性和均匀性是实现功能增强的关键技术指标。然而，根据大规模微细碳纤维分散收集与二次输送装置CS标准，对于大规模微细纤维的分散、收集和二次利用的操作标准，存在工艺流程复杂、生物有毒性溶剂较多、难以集成于制造系统中等科研和工程问题。因此需要在热固性碳纤维增强树脂基复合材料先进三维面外力学性能增强和功能材料三维增强设计与制造的研究应用中，提出一种高效、稳定、易于功能集成的大规模微细碳纤维状态操控创新技术。

技术实现思路

[0003]本专利技术的一个目的在于提供一种大规模微细碳纤维分散收集与二次输送装置，解决了局部搭接聚集、整体杂乱成团的大规模微细碳纤维在分散、收集和二次利用目标下的高效、稳定、易于功能集成的技术问题。
[0004]一种大规模微细碳纤维分散收集与二次输送装置，包括：
[0005]多材料复合接收阳极板，用于静电激励的输入；
[0006]选择性正对所述多材料复合接收阳极板设置的阴极托板、阴极接收板，所述阴极托板用于接地回路的输出和样品存放，所述阴极接收板用于接地回路的输出和二次输送靶向目标的安装定位；
[0007]二次输送靶向目标，设置于所述阴极接收板上，用于对分散收集的大规模微细碳纤维二次输送后的接收观察和表征。
[0008]作为优选，所述多材料复合接收阳极板包括固体极性电介质材料薄层和阳极基板，所述固体极性电介质材料薄层固定在所述阳极基板上且正对所述阴极托板或阴极接收板。
[0009]作为优选，所述多材料复合接收阳极板通过支撑件与所述阴极托板可拆卸固定并共同构成大规模短切碳纤维分散收集构型，或与所述阴极接收板可拆卸固定并共同构成大规模微细碳纤维二次输送构型。
[0010]进一步优选，所述支撑件的端部与阴极托板或阴极接收板的端部通过绝缘连接件连接。
[0011]作为优选，所述静电激励包括选择设置所述阴极托板时输入于所述多材料复合接收阳极板的高压直流静电激励和选择设置所述阴极接收板时输入于所述多材料复合接收阳极板的短上升沿高压静电激励。
[0012]在大规模短切碳纤维分散收集构型中，在高压直流静电激励下，完成大规模短切碳纤维分散收集操控功能；在大规模微细碳纤维二次输送构型中，在短上升沿高压静电激励下，完成大规模微细碳纤维二次输送操控功能。
[0013]本专利技术的另一目的在于提供一种大规模微细碳纤维分散收集与二次输送方法，包括以下步骤：
[0014](1)将大规模短切碳纤维平放在阴极托板上；
[0015](2)将接地回路连接至阴极托板，将高压直流静电激励连接至阳极基板；
[0016](3)对高压直流静电激励输入高压直流静电信号，稳态状态下存放在阴极托板上的大规模短切碳纤维发生分散成为大规模微细碳纤维；
[0017](4)大规模微细碳纤维在静电感应作用下自下而上朝多材料复合接收阳极板离散迁移，最终被收集在固体极性电介质材料薄层的区域；
[0018](5)将阴极托板置换成安装定位了二次输送靶向目标的阴极接收板；
[0019](6)将接地回路连接至阴极接收板，将短上升沿高压静电激励连接至阳极基板；
[0020](7)对短上升沿高压静电激励输入高压静电信号，瞬态状态下收集在固体极性电介质薄层材料上的大规模微细碳纤维发生接触荷电和静电脱斥；
[0021](8)大规模微细碳纤维在静电场作用下自上而下地定向朝阴极接收板加速运动，并注入至二次输送靶向目标中。
[0022]作为优选，对高压直流静电激励输入的高压直流静电信号为kV级正或负极性的高压直流静电信号。
[0023]作为优选，对短上升沿高压静电激励输入高压静电信号为10kV以上的正或负极性的具有百毫秒级上升沿能力的高压静电信号。
[0024]本专利技术的技术原理：
[0025]1)针对采用短切工艺制备的局部搭接聚集、整体杂乱成团的大规模短切碳纤维，在静电作用下发生感应极化荷电作用，通过静电曳力实现初始样品由表及里的分散过程并使其转变为离散、独立的大规模微细碳纤维，并进一步在电场空间中向多材料复合接收阳极板迁移，实现大规模微细碳纤维的分散；2)对于感应荷电的导电性的大规模微细碳纤维，在稳定输出在大规模短切碳纤维分散收集构型阳极端的高压直流静电激励下，与多材料复合接收阳极板上的固体极性电介质材料薄层发生静电吸附作用，实现大规模微细碳纤维的收集；3)基于介质极化原理，考虑固体极性电介质材料薄层的极化与温度和激励频率有关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大规模微细碳纤维分散收集与二次输送装置，其特征在于，包括：多材料复合接收阳极板，用于静电激励的输入；选择性正对所述多材料复合接收阳极板设置的阴极托板、阴极接收板，所述阴极托板用于接地回路的输出和样品存放，所述阴极接收板用于接地回路的输出和二次输送靶向目标的安装定位；二次输送靶向目标，设置于所述阴极接收板上，用于对分散收集的大规模微细碳纤维二次输送后的接收观察和表征。2.根据权利要求1所述的大规模微细碳纤维分散收集与二次输送装置，其特征在于，所述多材料复合接收阳极板包括固体极性电介质材料薄层和阳极基板，所述固体极性电介质材料薄层固定在所述阳极基板上且正对所述阴极托板或阴极接收板。3.根据权利要求1所述的大规模微细碳纤维分散收集与二次输送装置，其特征在于，所述多材料复合接收阳极板通过支撑件与所述阴极托板可拆卸固定并共同构成大规模短切碳纤维分散收集构型，或与所述阴极接收板可拆卸固定并共同构成大规模微细碳纤维二次输送构型。4.根据权利要求3所述的大规模微细碳纤维分散收集与二次输送装置，其特征在于，所述支撑件的端部与阴极托板或阴极接收板的端部通过绝缘连接件连接。5.根据权利要求1所述的大规模微细碳纤维分散收集与二次输送装置，其特征在于，所述静电激励包括选择设置所述阴极托板时输入于所述多材料复合接收阳极板的高压直流静电激励和选择设置所述阴极接收板时输入于所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯映林，李树然，朱伟东，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：