一种碳纤维表面处理方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一种碳纤维表面处理方法，主要应用于碳纤维生产环节当中的碳纤维表面处理工艺。
【背景技术】
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[0002]由于碳纤维具有高弹性模量、高比强度和优良的耐热性，因而与高聚物复合可得到力学性能极为优异的复合材料，已被广泛应用于航空、航天、运动器材、民用渔具等方面。然而未处理的碳纤维表面十分光滑，比表面积小，表现出憎水性，因此与高聚物的界面结合较差，致使复合材料强度不高，碳纤维的优越性能没有得到有效利用。所以在碳纤维与树脂复合以前，有必要对其表面进行处理，来改善纤维与基体的界面结合，从而提高复合材料的力学性能。
[0003]有关碳纤维表面处理的方法很多，其中低温等离子体技术是从上个世纪60年代才开始的一门新的材料表面处理技术。该技术是一种干式工艺，具有节省能源、无公害等优点，能够满足环境保护的要求；处理时间短，效率高；与放射线处理、电子束处理等其它干式工艺相比，其独特之处在于等离子体表面处理的作用深度仅涉及距离材料表面几纳米到几百纳米范围内，只改变了材料表面的物理和化学特性，而材料本身特性并没有改变。这些优点使低温等离子体技术成为改善复合材料界面结合效果的一个重要手段。但是，目前所研究的低温等离子体碳纤维表面处理工艺方法主要是在真空条件下，这种方式无法在碳纤维表面处理环节上实现连续化生产。因此，寻求新型高效节能，在常压下能连续不间断处理碳纤维表面的低温等离子技术势在必行。
【发明内容】
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[0004]本发明目的在于提供一种碳纤维表面处理方法，在一个大气压的环境下，利用氮气作为碳纤维表面处理介质，使低温等离子体放电更加均匀，避免使用空气有丝束状放电，减少低温等离子体在处理过程中对碳纤维基体的损伤，使用低温等离子体对碳纤维表面进行处理，达到提高碳纤维表面活性，增强其复合材料的层间剪切强度，提高生产效率，降低生产成本，达到可以24小时连续不间断的生产目的。
[0005]为达到上述目的，本发明进行如下内容:
[0006]在一个大气压的环境下，使用氮气作为碳纤维表面处理介质，产生低温等离子体，对运动中的碳纤维丝束表面进行低温等离子体轰击。低温等离子体为射流型低温等离子体；碳纤维丝束运行速度60?150m/h ;碳纤维处理工作环境温度范围_10°C?50°C ;碳纤维与等离子体发射装置之间的间隙为5?15mm ;碳纤维表面处理环境湿度30%?90% ;碳纤维表面处理功率范围1000?1600W/束丝；低温等离子体碳纤维表面处理温度30°C?100。。。
[0007]在一个大气压条件下，利用射流型低温等离子体的方法，使用氮气为工作介质，使等离子体放电更加均匀，避免丝束状放电，对碳纤维表面进行24小时连续不间断处理，可实现连续化工业生产需求。目前所研究的低温等离子体碳纤维表面处理方法都是在一定真空条件下进行的，这种方法无法真正实现24小时连续不间断工作，工作效率极低，无法实现连续大型工业化生产的需要，并且这种设备的使用和操作都相对麻烦，对工人的操作技能要求极高。而使用射流型低温等离子体可以在一个大气压的条件下对碳纤维进行表面处理，这种方法工序简单，维护方便，对工人的操作技能要求相对较低，有利于大型工业化生产。使用射流型低温等离子体对碳纤维表面进行处理，使碳纤维表面的活性极性官能团含量增加，碳纤维表面的沟槽加深，比表面积增加，提高其复合材料的层间剪切强度。同时，这种方法有利于节省能源，降低能耗，清洁无污染，更加符合当今社会发展的需要。
[0008]目前，射流型低温等离子体技术主要应用玻璃和金属平板处理、橡胶制品的处理、塑料板的表面处理、不锈钢薄板对焊处的焊前处理、汽车刹车块表面处理、汽车车窗玻璃封条表面处理、汽车雨刷器胶条表面处理。
【附图说明】
[0009]图1本发明一个实施例的低温等离子体碳纤维表面处理装置原理图。
【具体实施方式】
[0010]下面举实施例更详细地说明有关本发明的内容，但本发明不局限于如下所述的实施例。
[0011]实施例1
[0012]使用图1所示的低温等离子体装置对碳纤维表面进行处理。在一个大气压的环境下，使用氮气作为碳纤维表面处理介质，产生低温等离子体，对运动中的碳纤维丝束表面进行低温等离子体轰击。低温等离子体为射流型低温等离子体。碳纤维丝束运行速度90m/h ；碳纤维处理工作环境温度25°C ;碳纤维丝束2与射流低温等离子体发射装置I之间的间隙为8mm ;碳纤维表面处理环境湿度60% ;碳纤维表面处理功率范围1000W/束丝；低温等离子体碳纤维表面处理温度80°C。碳纤维表面极性官能团(主要是-0H，-C=O, -COOH)总含量为22.32%，层间剪切强度为90MPa。
[0013]实施例2
[0014]使用图1所示的低温等离子体装置对碳纤维表面进行处理。在一个大气压的环境下，使用氮气作为碳纤维表面处理介质，产生低温等离子体，对运动中的碳纤维丝束表面进行低温等离子体轰击。低温等离子体为射流型低温等离子体。碳纤维丝束运行速度90m/h ;碳纤维处理工作环境温度25V ;碳纤维与等离子体发射装置之间的间隙为8mm ;碳纤维表面处理环境湿度60% ;碳纤维表面处理功率范围1400W/束丝；低温等离子体碳纤维表面处理温度80°C。碳纤维表面极性官能团(主要是-0H，-C=O, -C00H)总含量为23.2%，层间剪切强度为10MPa。
[0015]实施例3
[0016]使用图1所示的低温等离子体装置对碳纤维表面进行处理。在一个大气压的环境下，使用氮气作为碳纤维表面处理介质，产生低温等离子体，对运动中的碳纤维丝束表面进行低温等离子体轰击。低温等离子体为射流型低温等离子体。碳纤维丝束运行速度90m/h ;碳纤维处理工作环境温度25V ;碳纤维与等离子体发射装置之间的间隙为8mm ;碳纤维表面处理环境湿度60% ;碳纤维表面处理功率范围1600W/束丝；低温等离子体碳纤维表面处理温度80°C。碳纤维表面极性官能团(主要是-OH，-C=O, -C00H)总含量为23.1%，层间剪切强度为105MPa。
【主权项】
1.一种碳纤维表面处理方法，其特征在于:在一个大气压的环境下，使用氮气作为碳纤维表面处理介质，产生低温等离子体，对运动中的碳纤维丝束表面进行离子轰击。
2.权利要求1所述的碳纤维表面处理方法，其特征在于:其中的低温等离子体为射流型低温等离子体。
3.权利要求1所述的碳纤维表面处理方法，其特征在于:其中的碳纤维丝束运行速度60 ?150m/h。
4.权利要求1所述的碳纤维表面处理方法，其特征在于:其中的碳纤维处理工作环境温度范围-10°C?50°C。
5.权利要求1所述的碳纤维表面处理方法，其特征在于:其中的碳纤维与等离子体发射装置之间的间隙为5?15mm。
6.权利要求1所述的碳纤维表面处理方法，其特征在于:其中的碳纤维表面处理环境湿度30?90%。
7.权利要求1所述的碳纤维表面处理方法，其特征在于:其中的碳纤维表面处理功率范围1000?1600W/束丝。
8.权利要求1所述的碳纤维表面处理方法，其特征在于:其中的低温等离子体碳纤维表面处理温度30°C?100°C。
【专利摘要】本发明涉及一种碳纤维表面处理方法；其特点为：在一个大气压的环境下，使用氮气作为碳纤维表面处理介质，产生低温等离子体，对运动中的碳纤维丝束表面进行离子轰击；本方法使碳纤维表面的活性极性官能团含量增加，碳纤维表面的沟槽加深，比表面积增加，提高了其复合材料的层间剪切强度，节省能源，降低能耗，清洁无污染。
【IPC分类】D06M10-00
【公开号】CN104631091
【申请号】CN201310552131
【发明人】刘兆政, 肖建文, 王文胜
【申请人】中国石油天然气股份有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年11月8日