CN108149488A - 碳纤维表面油剂更换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的碳纤维表面油剂更换方法，基本上依序包含提供原料、去浆、电浆表面处理，以及上浆等步骤；主要在电浆表面处理过程中，透过电浆气流的物理及化学反应作用，将原本附着在碳纤维表面的杂质分子化甚至吹拂，使碳纤维的表面粗糙化，同时增加碳纤维表面的官能基，在碳纤维后续的上浆过程中，有助于碳纤维与基质树脂达成优质的介面接合，进而提升碳纤维复合材料的特性表现。
Description
技术领域
本发明有关碳纤维的表面处理技术，旨在提供一种可以有效将碳纤维表面的油剂进行更换的碳纤维表面油剂更换方法。
背景技术
碳纤维又称碳化纤维，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；目前坊间所见的碳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获得。
未经过处理的碳纤维表面黏附性不足，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纤维复合材料；另一方面，因为碳纤维及石墨纤维特别硬、脆、缺乏可黏合性、弯曲力、耐磨性，其在出厂前多会于表面涂布一层油剂(上浆剂)，以保护纤维不致摩擦断裂。
以往碳纤复合材料为完整利用碳纤维优异的机械特性，其基质树脂多采用热固型树脂材料，成为所谓热固型碳纤维复合材料，与热塑型碳纤维复合材料最大的差异性在于，传统热固型碳纤维复合材料的成型时间长，导致模具的使用率较低，产能亦相对较低。
然而，目前市售碳纤维原料表面的油剂仍大多数为依照热固型树脂的湿润性而设计的热固型树脂油剂，若要进一步将此类碳纤维原料制作成为热塑型碳纤维复合材料，其碳纤维原料与树脂之间则会因为介面不匹配而无法形成完整接合介面，成为其无法应用于以射出成型为主要加工手段的各种电气、电子零件、机械零件及汽车零件等产品的主要因素。
发明内容
有鉴于此，本发明即在提供一种可以有效将碳纤维表面的油剂进行更换的碳纤维表面油剂更换方法。
为了达到上揭目的，本发明的碳纤维表面油剂更换方法，基本上依序至少包含有下列步骤：一提供原料步骤，提供一碳纤维，该碳纤维被覆盖有一第一种油剂；一去浆步骤，将该第一种油剂去除；一电浆表面处理步骤，提供一电浆气流作用于该碳纤维；一上浆步骤，将一第二种油剂覆盖于该碳纤维。
利用上述技术特征，本发明的碳纤维表面油剂更换方法，能够以相对更为积极、可靠的手段，将碳纤维表面的油剂置换成预期的油剂；尤其，可透过电浆表面处理使碳纤维的表面粗糙化，同时增加碳纤维表面的官能基，在碳纤维后续的上浆过程中，有助于碳纤维与预期的油剂达成优质的介面接合，进而提升后续工艺形成碳纤维复合材料的特性表现。
依据上述技术特征，所述该碳纤维表面油剂更换方法，于该电浆表面处理步骤中，以功率介于100~10000瓦(W)的电浆气流作用于该碳纤维10~1000毫秒(msec)。
依据上述技术特征，所述该碳纤维表面油剂更换方法，于该电浆表面处理步骤中，以功率介于100~10000瓦(W)的大气电浆气流作用于该碳纤维10~1000毫秒(msec)。
依据上述技术特征，所述该碳纤维表面油剂更换方法，于该电浆表面处理步骤中，以功率介于100~10000瓦(W)的低压电浆气流作用于该碳纤维10~1000毫秒(msec)。
依据上述技术特征，所述该碳纤维表面油剂更换方法，于该电浆表面处理步骤中，以功率介于100~10000瓦(W)的微波电浆气流作用于该碳纤维10~1000毫秒(msec)。
依据上述技术特征，所述该碳纤维表面油剂更换方法，于该电浆表面处理步骤中，以功率介于100~10000瓦(W)的辉光电浆气流作用于该碳纤维10~1000毫秒(msec)。
所述该碳纤维表面油剂更换方法，于该去浆步骤中，以摄氏250~650℃的高温，时间为1~60秒(sec) 的条件进行去浆。
所述该碳纤维表面油剂更换方法，于该去浆步骤中，以一有机溶剂将该第一种油剂去除。
上述该有机溶剂为丙酮或氯仿。
所述该碳纤维表面油剂更换方法，于该上浆步骤中，以浸泡方式令该第二种油剂覆盖于该碳纤维表面。
所述该碳纤维表面油剂更换方法，于该上浆步骤中，以浸轧方式令该第二种油剂覆盖于该碳纤维表面。
所述该第一种油剂，为热固型树脂油剂。
所述该第二种油剂，为热固型树脂油剂。
所述该第二种油剂，为热塑型树脂油剂。
所述该第二种油剂可为PU(polyurethane，聚氨酯)、PE(polyethene，聚乙烯)、PP(polypropylene，聚丙烯)或acrylic(压克力)系统其中之一。
所述该碳纤维表面油剂更换方法，于该上浆步骤之后对该具有第二种油剂的碳纤维原料施予至少一干燥步骤，令该第二种油剂固着在该碳纤维。
本发明所揭露的碳纤维表面油剂更换方法，尤适合将市售碳纤维原料表面既有的热固型树脂油剂置换成热塑型树脂油剂，使可应用于以射出成型为主要加工手段的各种电气、电子零件、机械零件及汽车零件等产品；尤其，在透过电浆表面处理可使碳纤维的表面粗糙化，同时增加碳纤维表面的官能基，在碳纤维后续的上浆过程中，有助于碳纤维与热塑型树脂油剂达成优质的介面接合，进而提升后续工艺形成碳纤维复合材料的特性表现。
附图说明
图1为本发明第一实施例的碳纤维表面油剂更换方法基本流程图。
图2为利用本发明的碳纤维表面油剂更换方法于提供原料步骤中的碳纤维原料断面结构示意图。
图3为利用本发明的碳纤维表面油剂更换方法于完成去浆步骤后的碳纤维断面结构示意图。
图4为利用本发明的碳纤维表面油剂更换方法于完成电浆表面处理步骤后的碳纤维断面结构示意图。
图5为利用本发明的碳纤维表面油剂更换方法于完成上浆步骤后的碳纤维原料断面结构示意图。
图6为本发明第二实施例的碳纤维表面油剂更换方法基本流程图。
图号说明：
10碳纤维原料
11碳纤维
111电浆改质构造
12第一种油剂
13第二种油剂。
具体实施方式
本发明主要提供一种可以有效将碳纤维表面的油剂进行更换的碳纤维表面油剂更换方法，如图1所示，本发明的碳纤维表面油剂更换方法，基本上依序包含有下列步骤：一提供原料步骤、一去浆步骤、一电浆表面处理步骤，以及一上浆步骤等步骤；兹配合图2至图5进一步就各步骤可能实施的形态说明如下。
在该提供原料步骤中，主要提供于一碳纤维11的表面覆盖有一第一种油剂12的一碳纤维原料10；所述该碳纤维e以由嫘萦、聚乙烯醇、偏氯乙烯、聚丙烯腈(polyacrylonitrile , PAN)、沥青(pitch)等前驱物纤维成束而成的碳纤维前驱物纤维束进行煅烧获得；于实施时，所述该第一种油剂12，可以为热固型树脂油剂。
在该去浆步骤中，将该碳纤维原料10表面的该第一种油剂12去除(如图3所示)；于实施时，可以摄氏250~650℃的高温，时间为1~60秒(sec) 的条件进行去浆，或是以一有机溶剂清洗该碳纤维原料10表面的方式进行去浆；在以该有机溶剂清洗碳纤维原料10表面的方式进行去浆的实施形态下，所述该有机溶剂可以为丙酮或氯仿。
在该电浆表面处理步骤中，以一预先设定功率的电浆气流作用于该已去除第一种油剂的碳纤维11一预先设定时间，使于该碳纤维11表面形成相对粗糙化的电浆改质构造111(如图4所示)。
在该上浆步骤中，于该表面形成有该电浆改质构造111的碳纤维11表面覆盖一第二种油剂13，得到表面具有该第二种油剂13的碳纤维原料10(如图5所示)；于实施时，可采用浸泡或浸轧方式令该第二种油剂13覆盖于该碳纤维11表面；至于，所述该第二种油剂，可以为热固型树脂油剂，或是热塑型树脂油剂；在所述该第二种油剂为热塑型树脂油剂的实施形态下，所述该第二种油剂可为PU、PE、PP或acrylic系统其中之一。
据以，本发明的碳纤维表面油剂更换方法，能够以相对更为积极、可靠的手段，将碳纤维表面的油剂置换成预期的油剂；尤适合将市售碳纤维原料表面既有的热固型树脂油剂置换成热塑型树脂油剂，使可应用于以射出成型为主要加工手段的各种电气、电子零件、机械零件及汽车零件等产品。
在电浆表面处理过程中，可使用以功率介于100~10000瓦(W)的大气电浆气流、低压电浆气流、微波电浆气流或辉光电浆气流，作用于该碳纤维10~1000毫秒(msec)；由于电浆气流包含了具能量的粒子，可透过电浆气流的物理反应(撞击)及化学反应作用，将原本附着在碳纤维表面的杂质分子化甚至吹拂，使碳纤维的表面粗糙化，同时增加碳纤维表面的官能基，在碳纤维后续的上浆过程中，有助于碳纤维与热塑型树脂油剂达成优质的介面接合，进而提升后续工艺形成碳纤维复合材料的特性表现。
再者，由于本发明当中的电浆表面处理，属于干式的表面处理技术，不但可以避免在碳纤维产生额外的杂质或沉积物，相对的亦可降低碳纤维在完成电浆表面处理步骤之后的干燥工时、工序；当然，本发明的碳纤维表面油剂更换方法，亦可如图6所示，于该上浆步骤之后对具有该第二种油剂的碳纤维原料施予至少一道干燥步骤，可透过烘干或风干的方式，令该第二种油剂得以稳固附着在该碳纤维表面。
具体而言，本发明所揭露的碳纤维表面油剂更换方法，尤适合将市售碳纤维原料表面既有的热固型树脂油剂置换成热塑型树脂油剂，使可应用于以射出成型为主要加工手段的各种电气、电子零件、机械零件及汽车零件等产品；尤其，在透过电浆表面处理可使碳纤维的表面粗糙化，同时增加碳纤维表面的官能基，在碳纤维后续的上浆过程中，有助于碳纤维与热塑型树脂油剂达成优质的介面接合，进而提升后续工艺形成碳纤维复合材料的特性表现。
Claims (16)
1.一种碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，依序至少包含有下列步骤：
一提供原料步骤，提供一碳纤维，该碳纤维被覆盖有一第一种油剂；
一去浆步骤，将该第一种油剂去除；
一电浆表面处理步骤，提供一电浆气流作用于该碳纤维；
一上浆步骤，将一第二种油剂覆盖于该碳纤维。
2.如权利要求1所述的碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，于该电浆表面处理步骤中，以功率介于100~10000瓦的电浆气流作用于该碳纤维10~1000毫秒。
3.如权利要求1所述的碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，于该电浆表面处理步骤中，以功率介于100~10000瓦的大气电浆气流作用于该碳纤维10~1000毫秒。
4.如权利要求1所述的碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，于该电浆表面处理步骤中，以功率介于100~10000瓦的低压电浆气流作用于该碳纤维10~1000毫秒。
5.如权利要求1所述的碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，于该电浆表面处理步骤中，以功率介于100~10000瓦的微波电浆气流作用于该碳纤维10~1000毫秒。
6.如权利要求1所述的碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，于该电浆表面处理步骤中，以功率介于100~10000瓦的辉光电浆气流作用于该碳纤维10~1000毫秒。
7.如权利要求1所述的碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，于该去浆步骤中，以250~650℃及1~60秒的条件进行去浆。
8.如权利要求1所述的碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，于该去浆步骤中，以一有机溶剂将该第一种油剂去除。
9.如权利要求8所述的碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，该有机溶剂为丙酮或氯仿。
10.如权利要求1所述的碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，于该上浆步骤中，以浸泡方式令该第二种油剂覆盖于该碳纤维。
11.如权利要求1所述的碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，于该上浆步骤中，以一浸轧方式令该第二种油剂覆盖于该碳纤维。
12.如权利要求1所述的碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，该第一种油剂，为热固型树脂油剂。
13.如权利要求1所述的碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，该第二种油剂，为热固型树脂油剂。
14.如权利要求1所述的碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，该第二种油剂，为热塑型树脂油剂。
15.如权利要求1所述的碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，该第二种油剂为PU、PE、PP或acrylic系统其中之一。
16.如权利要求1所述的碳纤维表面油剂更换方法，其特征在于，于该上浆步骤之后施予至少一干燥步骤，以使该第二种油剂固着在该碳纤维。
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