一种碳纤维布活化装置及其制备方法与流程

本发明属于碳纤维处理，特别涉及一种碳纤维布活化装置及其制备方法。

背景技术：

1、碳纤维是一种高强度、高模量的材料，广泛应用于航空、航天、汽车、体育器材等领域，碳纤维表面通常进行处理，其主要目的是去除碳纤维表面的杂质和氧化物，增加表面的亲水性和活性。碳纤维表面的化学处理通常是为了改善其与基体树脂或其他材料之间的粘结性能，因为原始碳纤维表面较为光滑且化学惰性较强，直接使用时与复合材料基体间的界面结合力较弱，常用的化学处理方法包括酸洗、氧化、硝化等方法；碳纤维表面的物理处理是通过各种非化学手段改变其表面形态、粗糙度和结构特征，以改善其与树脂或其他基体材料之间的粘结性能，从而提高复合材料的整体力学性能，常用的物理处理方法包括机械打磨、喷砂、抛光等。

2、但是化学处理通常涉及多种化学试剂和处理步骤，这会增加额外的成本，除此之外使用的化学物质可能产生有害废物，处理不当可能对环境造成污染，过度的化学改性可能破坏碳纤维本身的结构完整性，降低其力学性能，且化学处理过程需要精确控制，否则可能造成纤维损伤或不均匀处理，影响最终复合材料的整体性能；而物理处理虽然可以增加碳纤维表面的粗糙度，但这种方式增大的表面积和增加的粗糙度有限，可能不足以提供足够的化学活性点来实现最佳的界面结合，同时物理处理过程中容易对碳纤维造成局部应力集中和结构损伤，过度处理可能削弱碳纤维的力学性能；因此急需一套能够将化学方式和物理方式结合来处理碳纤维表面的装置，使其能够互补两种方法的优点，克服各自的局限性，达到更好的表面改性效果。

技术实现思路

1、本发明提出一种碳纤维布活化装置及其制备方法，解决了上述问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种碳纤维布活化的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、选择碳纤维类材料中聚丙烯基、沥青基、黏胶基、酚醛类纤维的3d织物或编织碳布中的一种作为原料板材，原料板材进行真空高温处理后得到含碳量大于99％的产品；

5、s2、原料板材进行真空高温的温度介于1800度与2200度之间，高温处理的时长为2到5小时；

6、s3、将处理后原料板材用物理方式对其表面进行扫掠处理，使原料板材达到优良的亲水性产品，使得原料板材由疏水性变成亲水性，以便液体或蒸汽能够快速均匀的渗透到原料板材中；

7、s4、将原料板材通过化学方式中的活化剂对其进行处理，原料板材得到导电性好、活性好的多用途碳纤维产品；

8、s5、将处理后的多用途碳纤维产品进行烘干处理。

9、基于以上技术方案，在对碳纤维表面进行活化处理以提高其导电性和液体通过性能时，可以采用化学与物理相结合的方式；化学活化为使用特定的化学试剂双氧水对碳纤维表面进行氧化处理，通过化学反应在碳纤维表面生成含氧官能团，增加表面的极性和化学活性，从而提高导电性；物理活化采用等离子体处理、电晕放电或激光处理来改变碳纤维表面的微观结构，增加表面粗糙度和比表面积，提高液体在其表面的润湿性和流动性；结合化学和物理活化方法可以在同等条件下实现更优的液体传输性能，适用于诸如电化学储能器件、滤膜材料、传感器元件等多种高科技领域的应用。

10、优选的，物理处理方式可以采用电子束处理、等离子处理和激光处理三种方式，其中优选以下两种方式：

11、其一，物理处理方式具体为激光的均匀扫掠处理，激光机的扫掠幅宽为300毫米，功率为1000瓦。

12、其二，物理处理方式具体为等离子的均匀扫掠处理，等离子的扫掠幅宽为80毫米，功率为1500瓦速度，速度为1米/分钟；当然，扫掠幅宽的增加能提高生产效率，如每次扫掠幅宽80mm,也可以每次n个80mm，此处的80毫米也可以修改为100、200毫米或其他合理数值。

13、基于以上技术方案，等离子体处理是利用等离子体对碳纤维表面进行处理，主要原理是利用等离子体的高能量和活性离子对碳纤维表面进行清洗、改性等处理；激光处理是利用激光对碳纤维表面进行处理，主要原理是利用激光的高能量和短脉冲对碳纤维表面进行清洗、改性等处理；电子束处理是利用电子束对碳纤维表面进行处理，主要原理是利用电子束的高能量和高速度对碳纤维表面进行清洗、改性等处理；经过三种物理处理方式中任一处理后的碳纤维表面具有较高的亲水性和活性，可用于表面涂层、复合材料等领域。

14、优选的，活化剂与原料板材通过蒸汽处理的方式进行结合，蒸汽处理的温度为200-2200之间，处理时间为1.5小时。

15、优选的，活化剂具体选用为双氧水或熔盐中的一种。

16、基于以上技术方案，选用双氧水作为活化剂对碳纤维表面进行蒸汽处理，主要用于改善碳纤维表面的化学活性和物理特性，从而提高其与树脂基体的粘接性能。具体处理过程为将双氧水加热转化为蒸汽状态，蒸汽能够深入碳纤维表面的微孔和裂缝之中，这是物理作用的过程；双氧水蒸汽与碳纤维表面接触后会发生氧化反应，由于双氧水是一种强氧化剂，它可以与碳纤维表面的碳原子发生氧化作用，生成含氧官能团(如羧基、羟基等)，这些官能团能显著提高碳纤维表面的极性和化学活性，从而增强其与树脂基体的化学键合能力，这是化学活化的过程；经过双氧水蒸汽处理后的碳纤维表面粗糙度和化学活性都会有所提高，有利于树脂在其表面更好地润湿和渗透，形成更强的界面结合力，从而提升碳纤维增强复合材料的整体性能。

17、优选的，烘干处理的温度为60°至120°之间，烘干时间为30分钟。

18、基于以上技术方案，在采用双氧水蒸汽处理对碳纤维表面改性之后，通常需要进行烘干处理来确保改性效果稳定并准备进一步的复合加工步骤；双氧水蒸汽处理过程中，碳纤维表面会吸附水分或者有水分残留，通过烘干处理可以有效去除这些水分，防止水分影响后续与树脂基体的结合，同时避免水分在复合材料成型过程中可能产生的气泡或分层缺陷；烘干过程中碳纤维表面新生成的含氧官能团可能会进一步交联或固化，从而更加稳定地附着在碳纤维表面，提高界面层的耐久性；适度的烘干温度还能有助于保持碳纤维原有的优异力学性能，避免高温导致的结构损伤。

19、一种碳纤维布活化的装置，包括：

20、座体和相对于座体可纵向移动的作业台，作业台上方用于放置原料板材；

21、横向导轨和相对于横向导轨可横向移动的滑动座，滑动座上安装有筒体，筒体内加装有物理处理的发生部和空气压缩部，通过滑动座和作业台的纵、横向移动实现物理处理发生部对原料板材表面各处的作用。

22、基于以上技术方案，通过本装置实现了对碳纤维布的物理活化，滑动座和作业台共同构成了能够实现精确和灵活定位的机械运动系统，用于对作为原料板材的碳纤维布进行表面处理操作；当滑动座上的物理处理发生部工作时，作业台可以配合移动，确保处理部能够全面、准确地作用于板材的所有待处理区域，消除处理盲区，保证了表面处理效果的一致性和完整性。

23、优选的，横向导轨通过连接块设于座体上方，横向导轨为电机驱动的直线导轨结构，座体内设有作用于作业台的平移驱动部。

24、优选的，座体顶部开设有第一导向槽，作业台滑动接于第一导向槽，横向导轨侧部开设有第二导向槽，滑动座滑动接于第二导向槽，且其接于直线导轨结构的输出端。

25、基于以上技术方案，平移驱动部可以为内置式的丝杠结构，也可以直线导轨结构。

26、优选的，筒体为竖向设置，其底部发射处设有可旋转的扩口状发生罩。

27、基于以上技术方案，物理处理的发生部具体可以是电子束处理、等离子处理或激光处理，发生罩用于扩大其作用范围，筒体内通过多加圈内装置提供产能和效率，目前只有一行80毫米，多久一个y方向一下成立160多加2个220以此类推。

28、采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

29、1.本发明通过结合化学和物理活化方法，可以在保持碳纤维结构稳定的同时，有效提升其导电性和液体通透性，简化了工艺流程；

30、2.本发明利用双氧水作为活化剂对碳纤维表面进行蒸汽处理，蒸汽能够深入碳纤维表面的微孔和裂缝之中，双氧水蒸汽与碳纤维表面接触后会发生氧化反应，生成含氧官能团来显著提高碳纤维表面的极性和化学活性，从而增强其与树脂基体的化学键合能力；

31、3.本发明通过在双氧水蒸汽处理改后增设烘干处理，确保了最终得到的碳纤维具有理想的表面改性效果，并且为后续复合材料的制备做好充分准备。