碳纖維表面油劑更換設備的製作方法

2023-06-18 22:38:27

本實用新型有關碳纖維的表面處理設備，旨在提供一種可以有效將碳纖維紗線表面的油劑進行更換的碳纖維表面油劑更換設備。

背景技術：

碳纖維又稱碳化纖維，其由於具有優異的力學特性及電氣特性，可廣泛應用於各種用途；目前坊間所見的碳纖維多將聚丙烯腈系纖維等碳纖維的前驅物纖維(precursor fiber)成束而成的碳纖維前驅物纖維束進行煅燒獲得。

未經過處理的碳纖維對基質具有不足的黏附性，而且其具有不良的橫向性質，如分離強度及切力強度，因此較少直接利用，通常依照用途成型為與基質樹脂組合的碳纖維複合材料；另一方面，因為碳纖維及石墨纖維特別硬、脆、缺乏可黏合性、彎曲力、耐磨性，其在出廠前多會於表面塗布一層油劑(上漿劑)，以保護纖維不致摩擦斷裂。

以往碳纖複合材料為完整利用碳纖維優異的機械特性，其基質樹脂多採用熱固型樹脂材料，成為所謂熱固型碳纖維複合材料，與熱塑型碳纖維複合材料最大的差異性在於，傳統熱固型碳纖維複合材料的成型時間長，導致模具的使用率較低，產能亦相對較低。

然而，目前市售碳纖維原料表面的油劑仍大多數為依照熱固型樹脂的溼潤性而設計的熱固型樹脂油劑，若要進一步將此類碳纖維原料製作成為熱塑型碳纖維複合材料，其碳纖維原料與樹脂之間則會因為介面不匹配而無法形成完整接合介面，成為其無法應用於以射出成型為主要加工手段的各種電氣、電子零件、機械零件及汽車零件等產品的主要因素。

技術實現要素：

本實用新型所解決的技術問題即在提供一種可以有效將碳纖維紗線表面的油劑進行更換的碳纖維表面油劑更換設備。

本實用新型所採用的技術手段如下所述。

提供一種碳纖維表面油劑更換設備，至少包含：一供料模組，能夠提供一碳纖維紗線，該碳纖維紗線被覆蓋有一第一種油劑；一收料模組，設於該供料模組的周邊處並與該供料模組對應構成一碳纖維紗線拖曳行程，且該收料模組至少設有一卷紗組件，該卷紗組件能夠承接由該供料模組釋出的該碳纖維紗線並且能夠對該碳纖維紗線產生拖曳作用；一去漿模組，設於該供料模組與該收料模組之間的該碳纖維紗線拖曳行程處，能夠去除該第一種油劑；一電漿表面處理模組，設於該去漿模組與該收料模組之間的該碳纖維紗線拖曳行程處，能夠提供一電漿氣流作用於該碳纖維紗線；一上漿模組，設於該電漿表面處理模組與該收料模組之間的該碳纖維紗線拖曳行程處，能夠將一第二種油劑覆蓋該碳纖維紗線。

利用上述結構特徵，本實用新型的碳纖維表面油劑更換設備，可在供料模組、去漿模組、電漿表面處理模組、上漿模組以及收料模組的整合運作下，令供料模組釋出的碳纖維紗線按照預先設定的速度依序完成去漿、電漿表面處理及上漿等加工流程，以相對更為積極、可靠的手段，將碳纖維紗線表面的油劑置換成預期的油劑；尤其，可透過電漿表面處模組使碳纖維紗線的表面粗糙化，同時增加碳纖維紗線表面的官能基，在碳纖維紗線後續的上漿過程中，有助於碳纖維紗線與基質樹脂達成優質的介面接合，進而提升碳纖維複合材料的特性表現。

依據上述技術特徵，所述該電漿表面處理模組，至少設有一供產生電漿氣流的電漿產生機組。

依據上述技術特徵，該電漿表面處理模組，在相對於碳纖維紗線拖曳行程的上、下位置處，皆設有至少一電漿產生機組。

所述該電漿產生機組可供產生功率介於100~10000瓦(W)的電漿氣流。

所述該電漿產生機組可供產生功率介於100~10000瓦(W)的大氣電漿氣流。

所述該電漿產生機組可供產生功率介於100~10000瓦(W)的低壓電漿氣流。

所述該電漿產生機組可供產生功率介於100~10000瓦(W)的微波電漿氣流。

所述該電漿產生機組可供產生功率介於100~10000瓦(W)的輝光電漿氣流。

所述該去漿模組，至少設有一可供產生攝氏250~650℃熱源的去漿爐。

所述該上漿模組，至少設有一供盛裝第二油劑的儲液槽。

所述該碳纖維表面油劑更換設備，進一步包括一乾燥模組，該乾燥模組相對設於該上漿模組與該收料模組之間的碳纖維紗線拖曳行程處，用以令該第二種油劑固著在該碳纖維紗線表面。

本實用新型所產生的技術效果如下。

本實用新型所揭露的碳纖維表面油劑更換設備，尤適合將市售碳纖維紗線表面既有的熱固型樹脂油劑置換成熱塑型樹脂油劑，使可應用於以射出成型為主要加工手段的各種電氣、電子零件、機械零件及汽車零件等產品；尤其，可使碳纖維的表面粗糙化，同時增加碳纖維表面的官能基，在碳纖維紗線後續的上漿過程中，有助於碳纖維紗線與基質樹脂達成優質的介面接合，進而提升碳纖維複合材料的特性表現。

附圖說明

圖1為本實用新型第一實施例的碳纖維表面油劑更換設備基本組成架構示意圖。

圖2為本實用新型當中的供料模組所釋出的碳纖維紗線斷面結構示意圖。

圖3為經本實用新型當中的去漿模組完成去漿加工流程的碳纖維紗線斷面結構示意圖。

圖4為經本實用新型當中的電漿表面處理模組完成電漿表面處理加工流程的碳纖維紗線斷面結構示意圖。

圖5為經本實用新型當中的上漿模組完成上漿加工流程的碳纖維紗線斷面結構示意圖。

圖6為本實用新型第二實施例的碳纖維表面油劑更換設備組成架構示意圖。

圖號說明：

10供料模組

20收料模組

21卷紗組件

30去漿模組

31去漿爐

40電漿表面處理模組

41電漿產生機組

50上漿模組

51儲液槽

60乾燥模組

61熱風爐

70碳纖維紗線

71電漿改質構造

81第一種油劑

82第二種油劑。

具體實施方式

本實用新型主要提供一種可以有效將碳纖維紗線表面的油劑進行更換的碳纖維表面油劑更換設備，如圖1所示，本實用新型的碳纖維表面油劑更換設備，基本上包括有：一供料模組10、一收料模組20、一去漿模組30、一電漿表面處理模組40，以及一上漿模組50，請同時配合參照圖1至圖5所示，其中：該供料模組10，用以提供表面包覆有一第一種油劑81的一碳纖維紗線70(如圖2所示)；所述該碳纖維紗線70可以由嫘縈、聚乙烯醇、偏氯乙烯、聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)、瀝青(pitch)等前驅物纖維成束而成的碳纖維前驅物纖維束進行煅燒獲得；於實施時，所述該第一種油劑81，可以為熱固型樹脂油劑。

該收料模組20，呈與該供料模組10對應構成一碳纖維紗線拖曳行程的型態設於該供料模組10的周邊處，其至少設有一供承接由該供料模組10釋出的該碳纖維紗線70的一卷紗組件21，且由該卷紗組件21對其所承接的該碳纖維紗線70產生拖曳作用。

該去漿模組30，相對設於該供料模組10與該收料模組20之間的該碳纖維紗線拖曳行程處，供去除該碳纖維紗線70表面的該第一種油劑81；於實施時，所述該去漿模組30，至少設有一可供產生攝氏250~650℃熱源的一去漿爐31，使得以在該去漿模組30的作用下去除該碳纖維紗線70表面的該第一種油劑(如圖3所示)。

該電漿表面處理模組40，相對設於該去漿模組30與該收料模組20之間的該碳纖維紗線拖曳行程處，用以提供預先設定功率的電漿氣流作用於該已去除該第一種油劑81的該碳纖維紗線70，使於該碳纖維紗線70表面形成相對粗糙化或具有官能基的一電漿改質構造71(如圖4所示)。

該上漿模組50，相對設於該電漿表面處理模組40與該收料模組20之間的碳纖維紗線拖曳行程處，供將該表面形成有該電漿改質構造71的該碳纖維紗線70表面覆蓋一第二種油劑82(如圖5所示)；所述該上漿模組50，至少設有一供盛裝第二油劑的儲液槽51。

於實施時，所述該第二種油劑82，可以為熱固型樹脂油劑，或是熱塑型樹脂油劑；在所述該第二種油劑82為熱塑型樹脂油劑的實施形態下，所述該第二種油劑82可為PU(polyurethane，聚氨酯)、PE(polyethene，聚乙烯)、PP(polypropylene，聚丙烯)或acrylic系統其中之一。

據以，本實用新型的碳纖維表面油劑更換設備，即可在供料模組10、去漿模組30、電漿表面處理模組40、上漿模組50以及收料模組20的整合運作下，令供料模組10釋出的碳纖維紗線70按照預先設定的速度依序完成去漿、電漿表面處理及上漿等加工流程，以相對更為積極、可靠的手段，將碳纖維紗線表面的油劑置換成預期的油劑；尤適合將市售碳纖維原料表面既有的熱固型樹脂油劑置換成熱塑型樹脂油劑，使可應用於以射出成型為主要加工手段的各種電氣、電子零件、機械零件及汽車零件等產品。

又，所述該電漿表面處理模組40，至少設有一供產生電漿氣流的電漿產生機組41；在本實施例中，所述該電漿表面處理模組40，在相對於碳纖維紗線拖曳行程的上、下位置處，皆設有至少一電漿產生機組41。

主要透過電漿產生機組41所產生的電漿氣流作用於碳纖維紗線表面，由於電漿氣流當中包含了具能量的粒子，在電漿氣流的物理反應(撞擊)及化學反應作用下，將原本附著在碳纖維紗線表面的雜質分子化甚至吹拂，使碳纖維的表面粗糙化，同時增加碳纖維表面的官能基，在碳纖維後續的上漿過程中，有助於碳纖維與基質樹脂達成優質的介面接合，進而提升碳纖維複合材料的特性表現。

於實施時，所述各該電漿產生機組41可供產生功率介於100~10000瓦(W)的電漿氣流，或是可供產生功率介於100~10000瓦(W)的大氣電漿氣流，或是可供產生功率介於100~10000瓦(W)的低壓電漿氣流電漿產生機組，或是可供產生功率介於100~10000瓦(W)的微波電漿氣流，或是可供產生功率介於100~10000瓦(W)的輝光電漿氣流。

由於本實用新型當中的電漿表面處理模組，可對碳纖維紗線提供屬於乾式的表面處理，不但可以避免在碳纖維紗線產生額外的雜質或沉積物，相對的亦可降低碳纖維紗線在完成電漿表面處理之後的乾燥工時、工序。

當然，本實用新型的碳纖維表面油劑更換設備，亦可如圖6所示，進一步包括一乾燥模組60，該乾燥模組60相對設於該上漿模組50與該收料模組20之間的碳纖維紗線拖曳行程處，用以令該第二種油劑穩固附著在該碳纖維紗線表面；於實施時，所述該乾燥模組60至少設有一供產生熱風的熱風爐61。

具體而言，本實用新型所揭露的碳纖維表面油劑更換設備，尤適合將市售碳纖維紗線表面既有的熱固型樹脂油劑置換成熱塑型樹脂油劑，使可應用於以射出成型為主要加工手段的各種電氣、電子零件、機械零件及汽車零件等產品；尤其，可使碳纖維的表面粗糙化，同時增加碳纖維表面的官能基，在碳纖維紗線後續的上漿過程中，有助於碳纖維紗線與基質樹脂達成優質的介面接合，進而提升碳纖維複合材料的特性表現。