CN104141230A - 一种降低碳纤维摩擦系数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种降低碳纤维摩擦系数的方法，其步骤如下:其步骤如下:先制备复配型环氧树脂上浆剂，复配型环氧树脂上浆剂由A、B两组环氧树脂乳液组成；将A、B两种环氧树脂乳液按照质量比0.2-5:1的比例加脱盐水混合稀释，稀释后上浆剂中环氧树脂的固含量为0.5-5%；然后分别经过接触式和非接触式进行干燥，接触式干燥采用蒸汽干燥筒加热，干燥筒的表面温度为100-150℃；非接触式干燥采用热风干燥炉加热，热风温度为100-220℃，干燥后碳纤维丝束上的上浆剂含量为1.0±0.2%，碳纤维丝束的含水量在0.01%以下，碳纤维丝束的摩擦系数为0.15-0.3，碳纤维丝束刚性K值为6-10cm。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维中间体的制备，特别是一种降低碳纤维摩擦系数的方法。
背景技术
碳纤维作为增强体，一般先制作成中间产品，然后再进行固化成型。预浸料是一种十分常见的碳纤维中间体，纤维经退丝，整经，扩幅后铺放于涂有树脂膜的离型纸上，经加压、加热使树脂浸透纤维，然后冷却收卷制成预浸料。其中扩展过程中施加一定张力的碳纤维需经过数个固定展纱辊，丝束幅宽由5mm左右扩展至10mm以上，在此过程中，若纤维的摩擦系数过大，会造成展纱困难，丝束毛丝增多，预浸料不平整等缺陷。因此降低碳纤维的摩擦系数对预浸料的性能和品质具有十分重要的意义。
具体如聚丙烯腈原丝经过预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理过后形成表面光滑的碳纤维，此时碳纤维的摩擦系数较小，但因卷绕和与树脂复合的需要，还需进行上浆、干燥处理。经过上浆后，碳纤维的摩擦系数有所提高，但上浆剂的种类，纤维上浆剂含量，烘干方式和烘干温度，碳纤维丝束刚性等因素对碳纤维的摩擦系数都有较大的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种操作方便、工艺简单的降低碳纤维摩擦系数的方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种降低碳纤维摩擦系数的方法，其特点是，其步骤如下:
（1）制备复配型环氧树脂上浆剂，复配型环氧树脂上浆剂由A、B两组环氧树脂乳液组成，A组环氧树脂乳液的环氧当量为200-300；B组环氧树脂乳液的环氧当量为400-600；A、B两组环氧树脂的固含量均为50%；
（2）将A、B两种环氧树脂乳液按照质量比0.2-5:1的比例导入搅拌釜中，边搅拌边加脱盐水混合稀释，混合搅拌时间为25-35min，稀释后上浆剂中环氧树脂的固含量为0.5-5%；
（3）将稀释后的上浆剂输送至上浆池，将经过预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理过后形成表面光滑的碳纤维丝束导入上浆池，待树脂充分浸润碳纤维丝束后，经挤压辊，去除多余的上浆剂，然后分别经过接触式和非接触式进行干燥，接触式干燥采用蒸汽干燥筒加热，干燥筒的表面温度为100-150℃；非接触式干燥采用热风干燥炉加热，热风温度为100-220℃，干燥后碳纤维丝束上的上浆剂含量为1.0±0.2%，碳纤维丝束的含水量在0.01%以下，碳纤维丝束的摩擦系数为0.15-0.3，碳纤维丝束刚性K值为6-10cm。
本发明所述的降低碳纤维摩擦系数的方法中，步骤（2）中，将A、B两种环氧树脂乳液按照质量比0.5-5:1的比例导入搅拌釜中，稀释后上浆剂中环氧树脂的固含量为1.0-3.0%,；步骤（3）中，接触式干燥的干燥筒的表面温度为100-130℃，非接触式干燥的热风温度为130-220℃。
本发明所述的降低碳纤维摩擦系数的方法中，步骤（2）中，将A、B两种环氧树脂乳液按照质量比1-2:1的比例导入搅拌釜中，稀释后上浆剂中环氧树脂的固含量为1.0-2.0%,；步骤（3）中，接触式干燥的干燥筒的表面温度为120-130℃，非接触式干燥的热风温度为150-180℃。
碳纤维丝束的摩擦系数和刚性K值的测量方法如下：
碳纤维丝束摩擦系数的测试方法：取一直径50mm，表面镀鉻的不锈钢棒，丝轴固定，纤维缠绕不锈钢棒半圈(纤维包角为180°).一端固定重物砝码T1，纤维另一端采用数显式拉力计测量拉力T2，纤维摩擦系数μ
μ＝(1/π)×ln(T2/T1)
碳纤维丝束刚性K值的测量方法：物台水平面平整，垂直面与水平面呈90°。取碳纤维约40cm，悬挂固定重物100g，放置30min，在物台上伸出边缘25cm,放手后，测量丝末端距离物台距离L，即为K值。碳纤维K值不易过高，K值过高表现为纤维分散性差，在预浸料过程中难以扩幅，生产的预浸料在复合材料成型过程中的可铺放性差，K值控制在7-8cm较为合适。
与现有技术相比，本发明采用复配型环氧树脂上浆剂，并控制上浆剂的树脂固含量，同时采用组合烘干工艺，由接触式烘干和非接触式烘干方式进行，从而降低了碳纤维丝束的摩擦系数和刚性，更有利于在预浸料过程中的应用，生产的预浸料在外观品质上有较大幅度的改善。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1，一种降低碳纤维摩擦系数的方法，其步骤如下:
（1）制备复配型环氧树脂上浆剂，复配型环氧树脂上浆剂由A、B两组环氧树脂乳液组成，A组环氧树脂乳液的环氧当量为200；B组环氧树脂乳液的环氧当量为400；
（2）将A、B两种环氧树脂乳液按照质量比0.5:1的比例导入搅拌釜中，边搅拌边加脱盐水混合稀释，混合搅拌时间为30min，稀释后上浆剂中环氧树脂的固含量为2%；
（3）将稀释后的上浆剂输送至上浆池，将碳纤维丝束导入上浆池，待树脂充分浸润碳纤维丝束后，经挤压辊，去除多余的上浆剂，然后分别经过接触式和非接触式进行干燥，接触式干燥采用蒸汽干燥筒加热，干燥筒的表面温度为130℃；非接触式干燥采用热风干燥炉加热，热风温度为150℃，干燥后碳纤维丝束上的上浆剂含量为1.0±0.2%，碳纤维丝束的含水量在0.008%，碳纤维丝束的摩擦系数为0.20，碳纤维丝束刚性K值为9cm。
实施例2，一种降低碳纤维摩擦系数的方法，其步骤如下: （1）制备复配型环氧树脂上浆剂，复配型环氧树脂上浆剂由A、B两组环氧树脂乳液组成，A组环氧树脂乳液的环氧当量为300；B组环氧树脂乳液的环氧当量为600；
（2）将A、B两种环氧树脂乳液按照质量比1:1的比例导入搅拌釜中，边搅拌边加脱盐水混合稀释，混合搅拌时间为35min，稀释后上浆剂中环氧树脂的固含量为2%；
（3）将稀释后的上浆剂输送至上浆池，将碳纤维丝束导入上浆池，待树脂充分浸润碳纤维丝束后，经挤压辊，去除多余的上浆剂，然后分别经过接触式和非接触式进行干燥，接触式干燥采用蒸汽干燥筒加热，干燥筒的表面温度为130℃；非接触式干燥采用热风干燥炉加热，热风温度为180℃，干燥后碳纤维丝束上的上浆剂含量为1.0±0.2%，碳纤维丝束的含水量在0.007%，碳纤维丝束的摩擦系数为0.19，碳纤维丝束刚性K值为8cm。
实施例3，一种降低碳纤维摩擦系数的方法，其步骤如下: （1）制备复配型环氧树脂上浆剂，复配型环氧树脂上浆剂由A、B两组环氧树脂乳液组成，A组环氧树脂乳液的环氧当量为250；B组环氧树脂乳液的环氧当量为550；
（2）将A、B两种环氧树脂乳液按照质量比2:1的比例导入搅拌釜中，边搅拌边加脱盐水混合稀释，混合搅拌时间为35min，稀释后上浆剂中环氧树脂的固含量为2%；
（3）将稀释后的上浆剂输送至上浆池，将碳纤维丝束导入上浆池，待树脂充分浸润碳纤维丝束后，经挤压辊，去除多余的上浆剂，然后分别经过接触式和非接触式进行干燥，接触式干燥采用蒸汽干燥筒加热，干燥筒的表面温度为130℃；非接触式干燥采用热风干燥炉加热，热风温度为180℃，干燥后碳纤维丝束上的上浆剂含量为1.0±0.2%，碳纤维丝束的含水量在0.007%，碳纤维丝束的摩擦系数为0.22，碳纤维丝束刚性K值为7.5cm。
实施例4，一种降低碳纤维摩擦系数的方法，其步骤如下: （1）制备复配型环氧树脂上浆剂，复配型环氧树脂上浆剂由A、B两组环氧树脂乳液组成，A组环氧树脂乳液的环氧当量为250；B组环氧树脂乳液的环氧当量为550；
（2）将A、B两种环氧树脂乳液按照质量比2:1的比例导入搅拌釜中，边搅拌边加脱盐水混合稀释，混合搅拌时间为25min，稀释后上浆剂中环氧树脂的固含量为1%；
（3）将稀释后的上浆剂输送至上浆池，将碳纤维丝束导入上浆池，待树脂充分浸润碳纤维丝束后，经挤压辊，去除多余的上浆剂，然后分别经过接触式和非接触式进行干燥，接触式干燥采用蒸汽干燥筒加热，干燥筒的表面温度为130℃；非接触式干燥采用热风干燥炉加热，热风温度为220℃，干燥后碳纤维丝束上的上浆剂含量为1.0±0.2%，碳纤维丝束的含水量在0.006%，碳纤维丝束的摩擦系数为0.21，碳纤维丝束刚性K值为8.5cm。
实施例5，一种降低碳纤维摩擦系数的方法，其步骤如下: （1）制备复配型环氧树脂上浆剂，复配型环氧树脂上浆剂由A、B两组环氧树脂乳液组成，A组环氧树脂乳液的环氧当量为250；B组环氧树脂乳液的环氧当量为550；
（2）将A、B两种环氧树脂乳液按照质量比2:1的比例导入搅拌釜中，边搅拌边加脱盐水混合稀释，混合搅拌时间为30min，稀释后上浆剂中环氧树脂的固含量为2%；
（3）将稀释后的上浆剂输送至上浆池，将碳纤维丝束导入上浆池，待树脂充分浸润碳纤维丝束后，经挤压辊，去除多余的上浆剂，然后分别经过接触式和非接触式进行干燥，接触式干燥采用蒸汽干燥筒加热，干燥筒的表面温度为120℃；非接触式干燥采用热风干燥炉加热，热风温度为220℃，干燥后碳纤维丝束上的上浆剂含量为1.0±0.2%，碳纤维丝束的含水量在0.007%，碳纤维丝束的摩擦系数为0.19，碳纤维丝束刚性K值为10cm。
实施例6，一种降低碳纤维摩擦系数的方法，其步骤如下: （1）制备复配型环氧树脂上浆剂，复配型环氧树脂上浆剂由A、B两组环氧树脂乳液组成，A组环氧树脂乳液的环氧当量为200；B组环氧树脂乳液的环氧当量为500；
（2）将A、B两种环氧树脂乳液按照质量比4:1的比例导入搅拌釜中，边搅拌边加脱盐水混合稀释，混合搅拌时间为30min，稀释后上浆剂中环氧树脂的固含量为2%；
（3）将稀释后的上浆剂输送至上浆池，将碳纤维丝束导入上浆池，待树脂充分浸润碳纤维丝束后，经挤压辊，去除多余的上浆剂，然后分别经过接触式和非接触式进行干燥，接触式干燥采用蒸汽干燥筒加热，干燥筒的表面温度为130℃；非接触式干燥采用热风干燥炉加热，热风温度为180℃，干燥后碳纤维丝束上的上浆剂含量为1.0±0.2%，碳纤维丝束的含水量在0.007%，碳纤维丝束的摩擦系数为0.28，碳纤维丝束刚性K值为7cm。
实施例7，一种降低碳纤维摩擦系数的方法，其步骤如下: （1）制备复配型环氧树脂上浆剂，复配型环氧树脂上浆剂由A、B两组环氧树脂乳液组成，A组环氧树脂乳液的环氧当量为220；B组环氧树脂乳液的环氧当量为450；
（2）将A、B两种环氧树脂乳液按照质量比1:1的比例导入搅拌釜中，边搅拌边加脱盐水混合稀释，混合搅拌时间为33min，稀释后上浆剂中环氧树脂的固含量为1%；
（3）将稀释后的上浆剂输送至上浆池，将碳纤维丝束导入上浆池，待树脂充分浸润碳纤维丝束后，经挤压辊，去除多余的上浆剂，然后分别经过接触式和非接触式进行干燥，接触式干燥采用蒸汽干燥筒加热，干燥筒的表面温度为130℃；非接触式干燥采用热风干燥炉加热，热风温度为180℃，干燥后碳纤维丝束上的上浆剂含量为1.0±0.2%，碳纤维丝束的含水量在0.0085%，碳纤维丝束的摩擦系数为0.20，碳纤维丝束刚性K值为7.5cm。
实施例8，一种降低碳纤维摩擦系数的方法，其步骤如下: （1）制备复配型环氧树脂上浆剂，复配型环氧树脂上浆剂由A、B两组环氧树脂乳液组成，A组环氧树脂乳液的环氧当量为260；B组环氧树脂乳液的环氧当量为530；
（2）将A、B两种环氧树脂乳液按照质量比1:1的比例导入搅拌釜中，边搅拌边加脱盐水混合稀释，混合搅拌时间为35min，稀释后上浆剂中环氧树脂的固含量为2%；
（3）将稀释后的上浆剂输送至上浆池，将碳纤维丝束导入上浆池，待树脂充分浸润碳纤维丝束后，经挤压辊，去除多余的上浆剂，然后分别经过接触式和非接触式进行干燥，接触式干燥采用蒸汽干燥筒加热，干燥筒的表面温度为120℃；非接触式干燥采用热风干燥炉加热，热风温度为150℃，干燥后碳纤维丝束上的上浆剂含量为1.0±0.2%，碳纤维丝束的含水量在0.009%，碳纤维丝束的摩擦系数为0.24，碳纤维丝束刚性K值为6.5cm。
实施例9，一种降低碳纤维摩擦系数的方法，其步骤如下: （1）制备复配型环氧树脂上浆剂，复配型环氧树脂上浆剂由A、B两组环氧树脂乳液组成，A组环氧树脂乳液的环氧当量为300；B组环氧树脂乳液的环氧当量为600；
（2）将A、B两种环氧树脂乳液按照质量比0.5:1的比例导入搅拌釜中，边搅拌边加脱盐水混合稀释，混合搅拌时间为30min，稀释后上浆剂中环氧树脂的固含量为1%；
（3）将稀释后的上浆剂输送至上浆池，将碳纤维丝束导入上浆池，待树脂充分浸润碳纤维丝束后，经挤压辊，去除多余的上浆剂，然后分别经过接触式和非接触式进行干燥，接触式干燥采用蒸汽干燥筒加热，干燥筒的表面温度为130℃；非接触式干燥采用热风干燥炉加热，热风温度为120℃，干燥后碳纤维丝束上的上浆剂含量为1.0±0.2%，碳纤维丝束的含水量在0.095%，碳纤维丝束的摩擦系数为0.23，碳纤维丝束刚性K值为8cm。
Claims (3)
1.一种降低碳纤维摩擦系数的方法，其特征在于，其步骤如下:
（1）制备复配型环氧树脂上浆剂，复配型环氧树脂上浆剂由A、B两组环氧树脂乳液组成，A组环氧树脂乳液的环氧当量为200-300；B组环氧树脂乳液的环氧当量为400-600；
（2）将A、B两种环氧树脂乳液按照质量比0.2-5:1的比例导入搅拌釜中，边搅拌边加脱盐水混合稀释，混合搅拌时间为25-35min，稀释后上浆剂中环氧树脂的固含量为0.5-5%；
（3）将稀释后的上浆剂输送至上浆池，将碳纤维丝束导入上浆池，待树脂充分浸润碳纤维丝束后，经挤压辊，去除多余的上浆剂，然后分别经过接触式和非接触式进行干燥，接触式干燥采用蒸汽干燥筒加热，干燥筒的表面温度为100-150℃；非接触式干燥采用热风干燥炉加热，热风温度为100-220℃，干燥后碳纤维丝束上的上浆剂含量为1.0±0.2%，碳纤维丝束的含水量在0.01%以下，碳纤维丝束的摩擦系数为0.15-0.3，碳纤维丝束刚性K值为6-10cm。
2. 根据权利要求1所述的降低碳纤维摩擦系数的方法，其特征在于，步骤（2）中，将A、B两种环氧树脂乳液按照质量比0.5-5:1的比例导入搅拌釜中，稀释后上浆剂中环氧树脂的固含量为1.0-3.0%,；步骤（3）中，接触式干燥的干燥筒的表面温度为100-130℃，非接触式干燥的热风温度为130-220℃。
3. 根据权利要求1所述的降低碳纤维摩擦系数的方法，其特征在于，步骤（2）中，将A、B两种环氧树脂乳液按照质量比1-2:1的比例导入搅拌釜中，稀释后上浆剂中环氧树脂的固含量为1.0-2.0%,；步骤（3）中，接触式干燥的干燥筒的表面温度为120-130℃，非接触式干燥的热风温度为150-180℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 222000 No. 6, Yun Qiao Road, Dapu Industrial Zone, Lianyungang economic and Technological Development Zone, Lianyungang, Jiangsu Patentee after: Zhongfu Shenying Carbon Fiber Co.,Ltd. Address before: 222000 No. 6, Yun Qiao Road, Dapu Industrial Zone, Lianyungang economic and Technological Development Zone, Lianyungang, Jiangsu Patentee before: ZHONGFU SHENYING CARBON FIBER Co.,Ltd. |