【技术干货】一文简要了解短切碳纤维的加工方法及装备
1 短切碳纤维概述
当专门为多用途而生产短切碳纤维时，上浆剂的化学特性极其重要。在复合材料工业中，按照基体树脂的使用范围，要求制造过程中上浆剂必须要与最终基体相容。近年来，浆料化学特性的进步使该行业从溶剂型浆料转向水性浆料，进而使得上浆过程更加清洁和环保。
通常而言，用于短切碳纤维的浆料分子量应该较低，以利于脱浆。在大多数情况下，通过在线生产具有不同类型上浆剂的碳纤维以匹配特定的基体是不可行的。而且多数情况是为了满足基体相容性需求，往往需要将生产线上使用的原有浆料去除，然后施以新的具有匹配性的上浆剂。
因此，也有部分碳纤维公司会生产不上浆的碳纤维以促进纤维/基体之间的结合，许多公司会使用美国Michelman或德国Schill&Seilacher等专业公司开发的专有上浆剂。
工业上的要求是短切碳纤维具有一致的流速，并且纤维在混合阶段纤维要充分混合，而且还需要高体积密度。短切碳纤维的积极意义在于可有助于提高不合格碳纤维产品的利用价值。
2 短切碳纤维的加工方法
短切碳纤维加工方法可以分为湿法和干法两种，两者主要设备是相同的，只是设备的布局有所差异。
在该种工艺过程中，碳纤维经过退浆和重新上浆后直接进行短切处理，然后进行干燥装置进行加热处理。其工艺示意图如下图1所示。
图1 湿法短切碳纤维加工工艺
在该种工艺过程中，碳纤维经过退浆和重新上浆后，随后进行干燥处理，然后再进行短切。其工艺示意图如下图2所示。
3 短切碳纤维加工工序与装备
按照上述短切碳纤维主要加工工艺，其所需主要设备包括：筒子架、退浆装置、上浆槽、干燥装置、短切设备、筛分设备和包装设备。
筒子架：筒子架只需要简单的类型即可在退绕过程中保持丝束上的张力恒定一致。
退浆：最常见的方法是使用热解法去除碳纤维表面浆料，所需的温度相对较低，不超过400℃，因此热解炉可以采用相对较低的技术。如果使用水溶性上浆剂，则退浆装置将采用溶剂洗浴的形式。
上浆：简单的浸渍处理装置，并带有相应的循环装置。
烘干：在湿法短切碳纤维加工工艺过程中，干燥装置将是水平带式干燥通道，在干态切碎的情况下，干燥装置将有垂直通道。
短切：切割碳纤维有两种常用的方法：旋转法或断头法。旋转切碎机（例如Finn＆Fram）可以较高的速度运行，但切割头的磨损率很高；断头切碎机（例如Berger或Pierret）速度慢且更准确。
筛选：与所需的切割长度相比，振动筛的使用可确保减少长纤维或短纤维的含量。
卷装：真空装袋系统的使用确保了每个短切纤维袋都具有所需的重量，并且真空减小了袋的体积，从而可以更有效地运输。
4 加工过程影响分析
与所有工业过程一样，必须密切关注短切碳纤维加工过程产生的环境影响，而最有可能对环境产生影响的两个部分是退浆和上浆。在通过热解进行去胶的情况下，必须考虑工艺产生的烟气，在排放到大气前可能需要进行处理。产生的烟雾将取决于连续纤维生产时使用的上浆剂。