用于长切碳纤维分散的装置的制作方法

1.本发明涉及无机纤维分散领域，特别是涉及一种用于长切碳纤维分散的装置。


背景技术：

2.碳纤维是一种高强度、高模量的新型纤维材料，质量比金属铝轻、强度却高于钢铁，并且具有耐高温、耐腐蚀等特点，在航空航天、国防军工和民用方面都是重要材料。碳纤维很少直接应用，通常经深加工制备成新产品或复合材料使用，碳纤维纸便是其中一种深加工制品。碳纤维纸是目前制备质子交换膜燃料电池气体扩散层的重要基体材料，其结构和性能对质子交换膜燃料电池的性能产生极其重要的影响。
3.碳纤维具有石墨乱层结构，导致碳纤维表面活性基团少，表面活性低，憎水性强，不易良好分散；如何使碳纤维良好分散于水中是湿法制造碳纤维纸过程中的关键因素。由于纤维长度对碳纤维在水中分散性能影响很大，较长的纤维长度使碳纤维在水中容易相互打结，较大的自身质量也使得纤维沉降时间缩短，从而影响成纸的匀度和强度；目前，国内外工艺对碳纤维进行分散基本都采用长度小于20mm的短切碳纤维，甚至采用长度小于10mm的短切碳纤维以期达到较好的分散效果，但由于短切碳纤维相互间结合力较小，采用短切碳纤维制成的碳纤维纸强度较低、柔韧性差、易断裂，严重限制碳纤维纸在某些重要领域的应用。
4.针对上述的问题，若采用长度在20～100mm之间的长切碳纤维用于制备碳纤维纸，则大大提高碳纤维纸的强度和性能，更容易生产制造出高性能碳纤维纸，从而进一步拓宽碳纤维纸的应用领域。因此，设计出一种高效的用于长切碳纤维分散的装置，对于制备高性能碳纤维纸、碳纤维复合材料具有十分重要的意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供分散速度快、分散匀度高、沉降时间长、结构简单、操作方便的一种用于长切碳纤维分散的装置。
6.本发明设有分散液圆筒、大孔分散板、小孔分散板、中心转轴、电动机、调速箱、吊篮、横梁、升降机构；
7.所述分散液圆筒为立式圆筒形容器，用于盛装分散液和长切碳纤维；
8.所述大孔分散板是板面上有规则布置多排较大尺寸通流孔的平板；
9.所述小孔分散板是板面上有规则布置多排较小尺寸通流孔的平板，并且小孔分散板的通流孔总面积小于大孔分散板的通流孔总面积；
10.所述中心转轴竖直设置在分散液圆筒的中心轴线上，两个相同形状的大孔分散板竖直放置并对称安装在中心转轴上，两个相同形状的小孔分散板竖直放置并对称安装在中心转轴上，大孔分散板的板面与小孔分散板的板面相互垂直构成交错布置；
11.所述电动机的转轴通过调速箱与中心转轴同轴连接；
12.所述吊篮固定安装在横梁的一端，吊篮内放置并固定电动机和调速箱；
13.所述升降机构与横梁的另一端连接并控制横梁上下移动；
14.进一步的，所述分散液圆筒盛装的长切碳纤维，其长度在20～100mm之间；
15.进一步的，所述大孔分散板的通流孔径在适用于它的长切碳纤维长度的2～3倍之间；
16.进一步的，所述小孔分散板的通流孔径在适用于它的长切碳纤维长度的1.5～2倍之间。
17.与现有技术相比，本发明具有以下几个优点：
18.1、分散速度快，分散匀度高。本发明在电动机驱动下，大孔分散板和小孔分散板都随中心转轴做高速旋转，强迫分散液圆筒内的液体穿过分散板的通流孔作高速湍流射流流动，使伴随流体运动的长切碳纤维受到强烈的扰动迅速分散。与此同时，分散液圆筒内的液体在流场中依次交替穿过大孔分散板的大尺寸孔和小孔分散板的小尺寸孔，使得液体的质点运动速度一直处于周期性变化中，有利于液体中的长切碳纤维得到良好均匀的分散效果。
19.2、沉降时间长。本发明在分散板的作用下，长切碳纤维伴随液体做旋转运动，形成的离心力作用有利于克服自身重量的影响从而使长切碳纤维的沉降时间延长。
20.3、结构简单，操作方便。本发明的核心元件分散板结构设计简单，容易制作和安装，生产成本低。本发明涉及的设备少、运行操作少，通过操作升降机构和调节电动机转速即可满足所需分散效果，容易实现控制，操作简单易行，维护保养方便。
21.本发明的工艺与常用液体搅拌方法相比具有很大的区别。常用液体搅拌方法若用于碳纤维的分散，高速旋转的搅拌桨叶很容易撞击并打断碳纤维使其长度参差不齐，从而影响制备碳纤维纸的性能。因此常用液体搅拌方法并不适用于碳纤维的分散，尤其是长切碳纤维。本发明分散板的结构设计使其高速旋转中也不会对长切碳纤维的局部产生冲击力，很好地维护长切碳纤维的原状。另外，本发明分散板的结构设计使液体的流场发生高速湍流射流流动和周期性速度变化，这是常用液体搅拌方法不能实现的，该方式也使得长切碳纤维得到良好均匀的分散效果。
22.综上所述，本发明具有分散速度快、分散匀度高、沉降时间长、结构简单，操作方便等特点，并很好地维护长切碳纤维的原状，故适用于碳纤维尤其是长切碳纤维的分散过程。
附图说明
23.图1是本发明装置的主视结构示意图；
24.图2是本发明装置的侧视结构示意图；
25.图3是本发明分散板的结构俯视示意图。
26.图中各标号为：1-分散液圆筒；2-大孔分散板；3-小孔分散板；4-中心转轴；5-电动机；6-调速箱；7-吊篮；8-横梁；9-升降机构。
具体实施方式
27.以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
28.如图1～3所示，本发明实施例一种用于长切碳纤维分散的装置，包括分散液圆筒1、大孔分散板2、小孔分散板3、中心转轴4、电动机5、调速箱6、吊篮7、横梁8、升降机构9；
29.所述分散液圆筒1为立式圆筒形容器，用于盛装分散液和长切碳纤维；
30.所述大孔分散板2是板面上有规则布置多排较大尺寸通流孔21的平板；
31.所述小孔分散板3是板面上有规则布置多排较小尺寸通流孔31的平板，并且小孔分散板3的通流孔总面积小于大孔分散板2的通流孔总面积；
32.所述中心转轴4竖直设置在分散液圆筒的中心轴线上，两个相同形状的大孔分散板2竖直放置并对称安装在中心转轴4上，两个相同形状的小孔分散板3竖直放置并对称安装在中心转轴4上，大孔分散板2的板面与小孔分散板3的板面相互垂直构成交错布置；
33.所述电动机5的转轴通过调速箱6与中心转轴4同轴连接；
34.所述吊篮7固定安装在横梁8的一端，吊篮7内放置和固定电动机5和调速箱6；
35.所述横梁8的另一端连接升降机构9，升降机构9用于实现垂直升降并控制横梁8上下移动。
36.所述分散液圆筒1盛装的长切碳纤维，长度20～100mm；
37.所述大孔分散板2的通流孔径在适用于它的长切碳纤维长度的2～3倍；
38.所述小孔分散板3的通流孔径在适用于它的长切碳纤维长度的1.5～2倍；
39.所述大孔分散板2和小孔分散板3的外边缘根据实际情况可安装边刮板(图中未画出)，底边缘可安装底刮板(图中未画出)。
40.本发明的工作原理如下：
41.操作升降机构9调整横梁8的位置，使安装在横梁8上的吊篮7处于分散液圆筒1的正上方空间位置，操作升降机构9向下移动横梁8及吊篮7使大孔分散板2和小孔分散板3完全浸入分散液圆筒1的液体中为止；启动电动机5并通过调速箱6调整转速，由电动机5带动中心转轴4及大孔分散板2和小孔分散板3做高速旋转运动。在大孔分散板2和小孔分散板3的作用下，分散液圆筒1内的液体穿过这两种分散板的通流孔作高速湍流射流流动，使伴随流体运动的长切碳纤维受到强烈的扰动迅速分散。并且，分散液圆筒1内的液体在流场中依次交替穿过大孔分散板2的大尺寸孔21和小孔分散板3的小尺寸孔31，使得液体的质点运动速度一直处于周期性变化中，从而使液体中的长切碳纤维得到良好均匀的分散效果；待分散过程结束后，关停电动机5，操作升降结构9向上移动横梁8及吊篮7使大孔分散板2和小孔分散板3撤离分散液圆筒1。
42.本发明的核心重点在于大孔分散板2和小孔分散板3的结构设计和安装布置。利用大孔分散板2和小孔分散板3的高速旋转运动，可以使分散液圆筒1内的液体发生强烈扰动并伴随速度周期性变化，从而使伴随流体运动的长切碳纤维得到良好均匀的分散效果。
43.以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本发明中的分散板可以采取不同的数量和规格，也可以调整其安装角度。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。