1.本发明涉及造纸技术领域，具体涉及一种高匀度碳纤维浆液的制备装置及其使用方法。
背景技术：
2.燃料电池的反应涉及气体的参与和水的生成，因此合理的水、气管理对燃料电池的性能提高起着重要的作用，碳纸由于其具有可调控的孔道结构和浸润性的特点，可以更好地被应用于燃料电池的气体扩散层，提高燃料电池对水、气的管理能力。
3.碳纤维毡的制备是碳纸制备的基础，也是碳纸制备的难点之一。碳纤维毡制造经过碳纤维浆液制取、制毡成型工艺、施胶工艺和烘干工艺四个步骤制得，但是由于碳纤维自身的疏水性，碳纤维在分散液中的分布均匀性较差，制备的碳纤维浆液均匀性较差，碳纤维毡的均匀度较差。
技术实现要素：
4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种高匀度碳纤维浆液的制备装置及其使用方法。
5.本发明实施例的高匀度碳纤维浆液的制备装置包括搅拌桶、第一搅拌轴和第一驱动件，所述搅拌桶具有进料口和出料口，所述搅拌桶的内侧壁上设有多个半球形凸起和多个条形凸起，多个所述半球形凸起和多个所述条形凸起在所述搅拌桶的轴向上间隔布置，所述条形凸起沿所述搅拌桶的轴向螺旋延伸；所述第一搅拌轴可转动地设于所述搅拌桶上，所述第一搅拌轴的一端设有第一搅拌叶片并伸入所述搅拌桶内；所述第一驱动件设于所述搅拌桶上并与所述第一搅拌轴传动连接，以驱动所述第一搅拌轴转动。
6.在一些实施例中，多个所述半球形凸起分为多个凸起组，多个所述凸起组包括多个沿所述条形凸起的延伸方向间隔布置半球形凸起，多个所述凸起组和多个所述条形凸起在所述搅拌桶的轴向上依次交替布置。
7.在一些实施例中，所述条形凸起的凸出高度为1cm-10cm。
8.在一些实施例中，相邻两个所述条形凸起的间隔距离为h,其中5cm≤h≤30cm。
9.在一些实施例中，所述半球形凸起的直径为d,其中1/5h≤d≤1/2h。
10.在一些实施例中，所述条形凸起的两端与所述搅拌桶的内侧壁之间平滑过渡。
11.在一些实施例中，本发明实施例的高匀度碳纤维浆液的制备装置还包括缓冲桶、第二搅拌轴、第二驱动件和真空泵，所述缓冲桶具有进浆口、出浆口、进气口和抽气口，所述进浆口与所述出料口连通；所述第二搅拌轴可转动地设于所述缓冲桶上，所述第二搅拌轴的一端设有第二搅拌叶片并伸入所述缓冲桶内；所述驱动件设于所述缓冲桶上并与所述第二搅拌轴传动连接，以驱动所述第二搅拌轴转动；所述真空泵与所述抽气口连通，以对所述缓冲桶内进行抽真空。
12.在一些实施例中，所述进气口的通流截面积小于所述抽气口的通流截面积。
13.本发明实施例的高匀度碳纤维浆液的制备装置的使用方法，包括：将碳纤维和分散液放入所述搅拌桶内，利用所述第一搅拌轴进行搅拌，使所述第一搅拌轴的搅拌方向与所述条形凸起的螺旋方向相反，以制得高匀碳纤维浆液；将制得的高匀度碳纤维浆液输送至所述缓冲桶内，利用所述第二搅拌轴对碳纤维浆液进行搅拌，开启所述真空泵对所述缓冲桶内进行抽真空。
14.在一些实施例中，投入所述搅拌桶内的碳纤维长度为6mm-12mm。
15.本发明实施例的高匀度碳纤维浆液的制备装置在使用过程中，将碳纤维和分散液通过进料口放入搅拌桶内，然后控制第一驱动件驱动第一搅拌轴转动，第一搅拌轴转动带动第一搅拌叶片转动，第一搅拌叶片带动碳纤维和分散液的混合物在搅拌桶内混合搅拌。
16.由于搅拌桶的内壁的多个半球形凸起和多个条形凸起在搅拌桶的轴向上间隔布置，多个半球形凸起和多个条形凸起可以使分散液形成多个高强微湍流，以增强分散液在搅拌桶内的流动，破坏碳纤维间的网格，降低碳纤维的絮聚，从而提高分散碳纤维的能力，使得碳纤维在分散液中分散的更加均匀，以提高制备碳纤维浆液的均匀度。经试验验证，当搅拌一定时间后，从搅拌桶内取出搅拌完成后的碳纤维浆液，观察碳纤维在分散液中的分散情况，未发现碳纤维絮团，碳纤维已完全分散，从而得到高匀度碳纤维浆液。高匀度碳纤维浆液依次经过成型工艺、施胶工艺和烘干工艺，以形成高匀度碳纤维毡。
17.因此，本发明实施例的制备装置制得的碳纤维浆液具有高匀度等优点，以制备高匀度碳纤维毡。
附图说明
18.图1是本发明实施例的高匀度碳纤维浆液的制备装置的结构示意图。
19.图2是本发明实施例的高匀度碳纤维浆液的制备装置的搅拌桶的结构示意图。
20.图3是本发明实施例的高匀度碳纤维浆液的制备装置的缓冲桶的结构示意图。
21.附图标记：100、高匀度碳纤维浆液的制备装置，1、搅拌桶，101、出料口，102、半球形凸起，103、条形凸起，2、第一搅拌轴，3、第一搅拌叶片，4、缓冲桶，401、进浆口，402、出浆口，403、进气口，404、抽气口，5、第二搅拌轴，6、第二搅拌叶片，7、真空泵。
具体实施方式
22.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
23.下面参照附图来详细描述本技术的技术方案。
24.如图1至图3所示，本发明实施例的高匀度碳纤维浆液的制备装置100包括搅拌桶1、第一搅拌轴2和第一驱动件（图中未示出）。搅拌桶1具有进料口（图中未示出）和出料口101，搅拌桶1的内侧壁上设有多个半球形凸起102和多个条形凸起103，多个半球形凸起102和多个条形凸起103在搅拌桶1的轴向上间隔布置，条形凸起103沿搅拌桶1的轴向螺旋延伸。
25.第一搅拌轴2可转动地设于搅拌桶1上，第一搅拌轴2的一端设有第一搅拌叶片3并伸入搅拌桶1内。第一驱动件设于搅拌桶1上并与第一搅拌轴2传动连接，以驱动第一搅拌轴
2转动。第一驱动件可以为驱动电机，驱动电机通过联轴器或者齿轮副与第一搅拌轴2传动连接，通过控制驱动电机的启停来控制第一搅拌轴2的转动。
26.本发明实施例的高匀度碳纤维浆液的制备装置100在使用过程中，将碳纤维和分散液通过进料口放入搅拌桶1内，然后控制第一驱动件驱动第一搅拌轴2转动，第一搅拌轴2转动带动第一搅拌叶片3转动，第一搅拌叶片3带动碳纤维和分散液的混合物在搅拌桶1内混合搅拌。
27.由于搅拌桶1的内壁的多个半球形凸起102和多个条形凸起103在搅拌桶1的轴向上间隔布置，多个半球形凸起102和多个条形凸起103可以使分散液形成多个高强微湍流，以增强分散液在搅拌桶1内的流动，破坏碳纤维间的网格，降低碳纤维的絮聚，从而提高分散碳纤维的能力，使得碳纤维在分散液中分散的更加均匀，以提高制备碳纤维浆液的均匀度。经试验验证，当搅拌一定时间后，从搅拌桶1内取出搅拌完成后的碳纤维浆液，观察碳纤维在分散液中的分散情况，未发现碳纤维絮团，碳纤维已完全分散，从而得到高匀度碳纤维浆液。高匀度碳纤维浆液依次经过成型工艺、施胶工艺和烘干工艺，以形成高匀度碳纤维毡。
28.因此，本发明实施例的制备装置100制得的碳纤维浆液具有高匀度等优点，以制备高匀度碳纤维毡。
29.具体地，第一搅拌轴2在搅拌过程中，将第一搅拌轴2的转动方向与条形凸起103的螺旋延伸方向相反，使得条形凸起103会对分散液产生向下的作用力，以增强分散液的湍流作用。
30.在一些实施例中，如图3所示，本发明实施例的高匀度碳纤维浆液的制备装置100还包括缓冲桶4、第二搅拌轴5、第二驱动件和真空泵7。缓冲桶4具有进浆口401、出浆口402、进气口403和抽气口404，进浆口401与出料口101连通。第二搅拌轴5可转动地设于缓冲桶4上，第二搅拌轴5的一端设有第二搅拌叶片6并伸入缓冲桶4内。
31.第二驱动件设于缓冲桶4上并与第二搅拌轴5传动连接，以驱动第二搅拌轴5转动。真空泵7与抽气口404连通，以对缓冲桶4内进行抽真空。第二驱动件可以为驱动电机，驱动电机通过联轴器或者齿轮副与第二搅拌轴5传动连接，通过控制驱动电机的启停来控制第二搅拌轴5的转动。
32.本发明实施例的高匀度碳纤维浆液的制备装置100在使用过程中，搅拌桶1内搅拌完成后的高匀度碳纤维浆液通过输送管道输送至缓冲桶4内，然后控制第二驱动件驱动第二搅拌轴5转动，第二搅拌轴5转动带动第二搅拌叶片6转动，第二搅拌叶片6带动对碳纤维浆液进行搅拌，同时开启真空泵7对缓冲桶4内进行抽真空。当真空泵7开启时，缓冲桶4中的气体被抽出，同时进气口403由于气压差会向缓冲桶4中补充气体，以防止缓冲桶4内真空度太高影响浆料后续的输送过程。
33.由于分散液在搅拌过程中会产生大量气泡，气泡吸附在碳纤维的表面会影响后续成型工艺碳纤维毡的平整度，因此，当碳纤维浆液输送至缓冲桶4，搅拌和抽真空可以加速分散液中气泡的破裂，提高后续成型碳毡的平整度。
34.可选地，如图3所示，进气口403的通流截面积小于抽气口404的通流截面积，以此保证缓冲桶4的进气量小于真空泵7的抽气量，防止缓冲桶4内形成过大的负压，导致缓冲桶4变形，有利于提高工作缓冲桶4的工作可靠性。
35.在一些实施例中，多个半球形凸起102分为多个凸起组，多个凸起组包括多个沿条形凸起103的延伸方向间隔布置半球形凸起102，多个凸起组和多个条形凸起103在搅拌桶1的轴向上依次交替布置。
36.例如，如2所示，条形凸起103在上下方向上的两侧均有一个凸起组，每个凸起组中包括三个沿条形凸起103的延伸方向间隔布置半球形凸起102。当分散液在条形凸起103的两侧产生湍流后，会再次在多个半球形凸起102位置处再次发生湍流，使得分散液在搅拌过程中，始终能够处于湍流状态，进一步有利于提高制备的碳纤维浆液的均匀性。
37.在一些实施例中，条形凸起103的凸出高度为1cm-10cm。优选地，条形凸起103的凸出高度为5cm。当条形凸起103的凸出高度设置的过小的话，在条形凸起103位置处发生的湍流强度较小，导致搅拌效果较差；当条形凸起103的凸出高度设置的过大的话，会导致分散液在条形凸起103的上下两侧产生分层，导致搅拌效果较差。
38.可选地，如图2所示，相邻两个条形凸起103的间隔距离为h,其中5cm≤h≤30cm。优选地，相邻两个条形凸起103的间隔距离为h为15cm。当相邻两个条形凸起103之间的间隔距离设置过小的话，分散液产生的湍流容易相互干扰，导致搅拌效果较差。当相邻两个条形凸起103的间隔距离设置过大的话，相邻两个条形凸起103中间的分散液就无法产生湍流，也不利于提高搅拌效果。
39.可选地，如图2所示，半球形凸起102的直径为d,其中1/5h≤d≤1/2h。例如，相邻两个条形凸起103的间隔距离为h为15cm，则半球形凸起102的直径可以为3cm、5cm或者7.5cm，避免将半球形凸起102的直径设置的过大，导致与半球形凸起102与条形凸起103之间的间距过小，而发生湍流干扰现象。避免将半球形凸起102的直径设置的过小，而导致半球形凸起102与条形凸起103之间的间距较大，而导致半球形凸起102与条形凸起103之间的分散液无法形成微湍流，降低搅拌效果。
40.在一些实施例中，如图2所示，条形凸起103的两端与搅拌桶1的内侧壁之间平滑过渡，目的在于减少碳纤维在搅拌过程中被条形凸起103切断的风险，有利于提高碳纤维的完整度。
41.本发明实施例的高匀度碳纤维浆液的制备装置100的使用方法，包括：将碳纤维和分散液放入搅拌桶1内，利用第一搅拌轴2进行搅拌，使第一搅拌轴2的搅拌方向与条形凸起103的螺旋方向相反，以制得高匀碳纤维浆液；将制得的高匀度碳纤维浆液输送至缓冲桶4内，利用第二搅拌轴5对碳纤维浆液进行搅拌，开启真空泵7对缓冲桶4内进行抽真空。
42.因此，本发明实施例的制备装置100的使用方法可以制备高匀度碳纤维浆液，以制备高匀度的碳纤维毡。
43.可选地，将高匀度的碳纤维浆液进行脱水成型工艺，将成型工艺后的碳纤维进行施胶工艺，将具有粘结性的胶水采用喷涂或流胶的方式对碳毡进行上胶，将施胶工艺后的碳纤维进行烘干工艺，将施胶后的碳毡转移至烘箱，设置烘箱温度为120℃，烘干时间为10min，待烘干结束后即得到成品碳毡以形成高匀度的碳纤维毡。
44.可选地，投入搅拌桶1内的碳纤维长度为6mm-12mm。优选地，投入搅拌桶1内的碳纤维长度为9mm,由于本发明实施例的制备装置100可以提高碳纤维在分散液中的分散能力，因此可以适当将碳纤维的长度设置的较长，以便于对碳纤维的加工制作。
45.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
46.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、
ꢀ“
示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
47.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。