CN105062009B - 一种轻质高强度鱼竿的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种轻质高强度鱼竿的制备方法，以碳纤维布为预浸布，将其依次经过涂覆液中预处理、环氧树脂基体浆液浸渍后，将碳纤维布缠带后固化得鱼竿毛坯，毛坯经打磨、涂饰和装配，制成鱼竿，其具体制备步骤包括涂覆液的制备、环氧树脂基体浆液的制备和鱼竿的制备。本发明采用环氧树脂基体浆液和固化剂为主要粘接材料，利用热固性环氧树脂和固化剂通过化学键交联在一起的刚性网状稳定结构，而且，环氧树脂在固化过程中没有低分子产物排出，使制成的鱼竿表面光滑密实，而且具有优异的力学性能。

Description

一种轻质高强度鱼竿的制备方法

技术领域

本发明涉及一种轻质高强度鱼竿的制备方法。

背景技术

在钓鱼竿的生产过程中，影响钓鱼竿的重量、强度、刚度和配合精度等主体性能指标的主要因素是钓鱼竿用预浸布的质量，预浸布质量的关键影响因素则在于选择合适的基体树脂和制定相应的浸润及渗透工艺，提升树脂与布料之间的结合力。目前，使用较多的树脂基体就是高温固化酚醛树脂和中温固化环氧树脂。但由于酚醛树脂在固化过程中，要排出水和其它低分子产物，使毛坯内部和表面产生一些微孔和气泡，严重影响了制品的力学性能和外观，因此，只能够用于低档次钓鱼竿的生产。

目前资料中，已经报道中温固化环氧树脂较多，大都固化时间较长或室温贮存期太短。大多厂家使用较多的环氧树脂基体多为双氰胺-促进剂固化体系，该体系价格昂贵，而且在预浸烘干时，难以挥发，需要提高烘干温度和延长烘干时间，不但生产效率低下，而且长时间的高温烘干，也容易引起树脂的凝胶反应。

发明内容

本发明为克服上述问题，提供一种轻质高强度鱼竿的制备方法。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：一种轻质高强度鱼竿的制备方法，以碳纤维布为预浸布，将其依次经过涂覆液中预处理、环氧树脂基体浆液浸渍后，将碳纤维布缠带后固化得鱼竿毛坯，毛坯经打磨、涂饰和装配，制成鱼竿，具体步骤为：

步骤一、涂覆液的制备：

（1）、按照2.5：1的重量比，称取硝酸银和聚乙烯醇粉末，将硝酸银全部溶解在去离子水中，将聚乙烯醇加入到形成的硝酸银溶液中，然后在70℃水中水浴加热并搅拌，直至聚乙烯醇全部溶解，形成混合溶液，备用；

（2）、按照2.5：1的重量比，称取乙二醇和三乙醇胺混合得混合溶液B，按照1：1.5的体积比，分别称取混合溶液A和混合溶液B进行混合，形成涂覆液，搅拌均匀后加入无水乙醇，使涂覆液的粘度低于15Pa·s，备用；

步骤二、环氧树脂基体浆液的制备：

（1）、将硅烷偶联剂和纳米碳纤维按1：100的重量比进行混合，制得纳米改性碳纤维；按照此方法分别利用六钛酸钾晶须和纳米二氧化硅制得改性六钛酸钾晶须和改性纳米二氧化硅，备用；

（2）、按照1：5的重量比，称取甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯溶解在去离子水中，然后在70~80℃水中水浴加热并搅拌0.8~2h，然后加入改性碳纤维，保持此温度水浴加热1~1.2h后，取出改性碳纤维，并在110℃下烘干，制得碳纤维微粒，备用；

（3）、取双酚A型环氧树脂与双酚F型环氧树脂，按4：1的体积比进行混合，制得基体树脂，备用；

（4）、按照60~65：3：2：15~25的重量比，依次称取基体树脂、改性六钛酸钾晶须、改性纳米二氧化硅和碳纤维微粒，另量取体积与基体树脂总重量的比例为3.0mL：1g的丁酮溶液以及体积与基体树脂总重量的比例为3.0mL：1g的甲苯溶液，将丁酮溶液和甲苯溶液依次加入到基体树脂中，在90℃的恒温炉中加热并搅拌25~40min，然后再加入改性六钛酸钾晶须、改性纳米二氧化硅和碳纤维微粒，搅拌10~30min，制得环氧树脂基体浆液，备用；

步骤三、鱼竿的制备：

（1）、将步骤一制备的涂覆液涂覆到碳纤维布上，并超声处理20~35min，静置24h后在110℃下烘干，然后将碳纤维布放入高温炉中，并向高温炉中依次通入BCl₃、C₂H₂和NH₃，并使高温炉在400~500℃的温度下保持2~4h，然后使碳纤维布随炉冷却至室温；

（2）、在步骤二制备的环氧树脂基体浆液中添加固化剂，使其形成固体含量为50~51%的胶液，将步骤三处理后的碳纤维布浸于该胶液中2~4h，然后将碳纤维布取出并在75~85℃下烘干，制得预浸布，备用；

（3）、将预浸布依次经过剪裁、卷管、缠带紧固、加热固化和脱模处理，得到毛坯，将毛坯经打磨、涂饰和装配，制成鱼竿。

本发明中，步骤二（1）所采用的六钛酸钾晶须密度为0.4~0.6g/cm³，表面积为0.4~1m²/g，粒径为1~5微米；所采用的纳米二氧化硅为单层状，平均粒径为15±0.5纳米，纯度≥99%。

本发明中，步骤三（1）中，BCl₃、C₂H₂和NH₃的流量依次为100mL/min、50mL/min和100mL/min。其中，步骤三（3）中，加热固化温度为115~125℃，加热固化时间为90~120min。

本发明中，基体树脂采用双酚A：双酚F体积比4：1混合配置的复合树脂体系，较之单一的双酚A型环氧树脂，其韧性力学性能更优，制品表面性能更优。本发明所采用的碳纤维布的纤维状态为中长丝，粗细为450D，单位毫米孔数为100F。

本发明采用环氧树脂基体浆液和固化剂为主要粘接材料，避免因采用链状分子热塑性脂容易受热软化、冷却硬化的缺陷，很好地利用了热固性环氧树脂和固化剂通过化学键交联在一起的刚性网状稳定结构，而且，环氧树脂在固化过程中没有低分子产物排出，使制成的鱼竿表面光滑密实，而且具有优异的力学性能。

本发明的有益效果：（1）、本发明预先利用制得的涂覆液对碳纤维布进行预处理，使银承载在碳纤维布表面，增大碳纤维布的微观表面粗糙度，通入的BCl₃、C₂H₂和NH₃，在400~500℃的温度下，能够生成负载在碳纤维布表面的BCN和BC₄N，使制成的鱼竿具有较高的耐磨性、耐高温性和层间剪切强度，制得的鱼竿的层间剪切强度不低于66MPa；

（2）、本发明将改性碳纤维加入到甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯中水浴加热，使甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯生成的含义羧基的有机聚合物通过化学键合的方式包覆在改性碳纤维表面，获得分散性良好的碳纤维微粒；本发明将改性六钛酸钾晶须、改性纳米二氧化硅和碳纤维微粒加入到基体树脂中，使制成的预浸布表面光滑致密，具有较高的疲劳强度；而且，在降低成本、满足刚性的情况下，提升制成的鱼竿的结合力及韧性。

（3）、经实验验证，碳纤维布经胶液浸渍后，在80±5℃烘干过程中，有较长的适用期，避免发生凝胶反应，使制得的预浸布在常温下软硬适中，既不干硬又不粘连；预浸布的加热固化温度为115~125℃，预浸布卷制后，层间尚未粘结时，使树脂融化后能够充分流动浸润和控制鱼竿的外形尺寸；预浸布固化时间控制在90~120min，使得树脂在固化温度下，能迅速固化，满足生产高效率要求，且制得的预浸布室温贮存期在三个月以上。

具体实施方式

本发明的一种轻质高强度鱼竿的制备方法，以碳纤维布为预浸布，将其依次经过涂覆液中预处理、环氧树脂基体浆液浸渍后，将碳纤维布缠带后固化得鱼竿毛坯，将毛坯经打磨、涂饰和装配，制成鱼竿。其中，所采用的碳纤维布的纤维状态为中长丝，粗细为450D，单位毫米孔数为100F。

实施例1

一种轻质高强度鱼竿的制备方法，以碳纤维布为预浸布，将其依次经过涂覆液中预处理、环氧树脂基体浆液浸渍后，将碳纤维布缠带后固化得鱼竿毛坯，毛坯经打磨、涂饰和装配，制成鱼竿，具体步骤为：

步骤一、涂覆液的制备：

（1）、按照2.5：1的重量比，称取硝酸银和聚乙烯醇粉末，将硝酸银全部溶解在去离子水中，将聚乙烯醇加入到形成的硝酸银溶液中，然后在70℃水中水浴加热并搅拌，直至聚乙烯醇全部溶解，形成混合溶液，备用；

（2）、按照2.5：1的重量比，称取乙二醇和三乙醇胺混合得混合溶液B，按照1：1.5的体积比，分别称取混合溶液A和混合溶液B进行混合，形成涂覆液，搅拌均匀后加入无水乙醇，使涂覆液的粘度低于15Pa·s，备用；

步骤二、环氧树脂基体浆液的制备：

（1）、将硅烷偶联剂和纳米碳纤维按1：100的重量比进行混合，制得纳米改性碳纤维；按照此方法分别利用六钛酸钾晶须和纳米二氧化硅制得改性六钛酸钾晶须和改性纳米二氧化硅，备用；

（2）、按照1：5的重量比，称取甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯溶解在去离子水中，然后在80℃水中水浴加热并搅拌1h，然后加入改性碳纤维，保持此温度水浴加热1h后，取出改性碳纤维，并在110℃下烘干，制得碳纤维微粒，备用；

（3）、取双酚A型环氧树脂与双酚F型环氧树脂，按4：1的体积比进行混合，制得基体树脂，备用；

（4）、按照65：3：2：20的重量比，依次称取基体树脂、改性六钛酸钾晶须、改性纳米二氧化硅和碳纤维微粒，另量取体积与基体树脂总重量的比例为3.0mL：1g的丁酮溶液以及体积与基体树脂总重量的比例为3.0mL：1g的甲苯溶液，将丁酮溶液和甲苯溶液依次加入到基体树脂中，在90℃的恒温炉中加热并搅拌30min，然后再加入改性六钛酸钾晶须、改性纳米二氧化硅和碳纤维微粒，搅拌10min，制得环氧树脂基体浆液，备用；

步骤三、鱼竿的制备：

（1）、将步骤一制备的涂覆液涂覆到碳纤维布上，并超声处理35min，静置24h后在110℃下烘干，然后将碳纤维布放入高温炉中，并向高温炉中依次通入BCl₃、C₂H₂和NH₃，并使高温炉在450℃的温度下保持3h，然后使碳纤维布随炉冷却至室温；其中，BCl₃、C₂H₂和NH₃的流量依次为100mL/min、50mL/min和100mL/min；

（2）、在步骤二制备的环氧树脂基体浆液中添加固化剂，使其形成固体含量为50%的胶液，将步骤三处理后的碳纤维布浸于该胶液中3h，然后将碳纤维布取出并在85℃下烘干，制得预浸布，备用；

（3）、将预浸布依次经过剪裁、卷管、缠带紧固、加热固化和脱模处理，得到毛坯，将毛坯经打磨、涂饰和装配，制成鱼竿，其中，加热固化温度为120℃，加热固化时间为90min。

实施例2

一种轻质高强度鱼竿的制备方法，以碳纤维布为预浸布，将其依次经过涂覆液中预处理、环氧树脂基体浆液浸渍后，将碳纤维布缠带后固化得鱼竿毛坯，毛坯经打磨、涂饰和装配，制成鱼竿，具体步骤为：

步骤一、涂覆液的制备：

（1）、按照2.5：1的重量比，称取硝酸银和聚乙烯醇粉末，将硝酸银全部溶解在去离子水中，将聚乙烯醇加入到形成的硝酸银溶液中，然后在70℃水中水浴加热并搅拌，直至聚乙烯醇全部溶解，形成混合溶液，备用；

（2）、按照2.5：1的重量比，称取乙二醇和三乙醇胺混合得混合溶液B，按照1：1.5的体积比，分别称取混合溶液A和混合溶液B进行混合，形成涂覆液，搅拌均匀后加入无水乙醇，使涂覆液的粘度达到12Pa·s，备用；

步骤二、环氧树脂基体浆液的制备：

（1）、将硅烷偶联剂和纳米碳纤维按1：100的重量比进行混合，制得纳米改性碳纤维；按照此方法分别利用六钛酸钾晶须和纳米二氧化硅制得改性六钛酸钾晶须和改性纳米二氧化硅，备用；

（2）、按照1：5的重量比，称取甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯溶解在去离子水中，然后在70℃水中水浴加热并搅拌2h，然后加入改性碳纤维，保持此温度水浴加热1.2h后，取出改性碳纤维，并在110℃下烘干，制得碳纤维微粒，备用；

（3）、取双酚A型环氧树脂与双酚F型环氧树脂，按4：1的体积比进行混合，制得基体树脂，备用；

（4）、按照60：3：2：15的重量比，依次称取基体树脂、改性六钛酸钾晶须、改性纳米二氧化硅和碳纤维微粒，另量取体积与基体树脂总重量的比例为3.0mL：1g的丁酮溶液以及体积与基体树脂总重量的比例为3.0mL：1g的甲苯溶液，将丁酮溶液和甲苯溶液依次加入到基体树脂中，在90℃的恒温炉中加热并搅拌25min，然后再加入改性六钛酸钾晶须、改性纳米二氧化硅和碳纤维微粒，搅拌25min，制得环氧树脂基体浆液，备用；

步骤三、鱼竿的制备：

（1）、将步骤一制备的涂覆液涂覆到碳纤维布上，并超声处理20min，静置24h后在110℃下烘干，然后将碳纤维布放入高温炉中，并向高温炉中依次通入BCl₃、C₂H₂和NH₃，并使高温炉在400℃的温度下保持4h，然后使碳纤维布随炉冷却至室温；

（2）、在步骤二制备的环氧树脂基体浆液中添加固化剂，使其形成固体含量为50%的胶液，将步骤三处理后的碳纤维布浸于该胶液中2h，然后将碳纤维布取出并在80℃下烘干，制得预浸布，备用；

（3）、将预浸布依次经过剪裁、卷管、缠带紧固、加热固化和脱模处理，得到毛坯，将毛坯经打磨、涂饰和装配，制成鱼竿。

实施例3

一种轻质高强度鱼竿的制备方法，以碳纤维布为预浸布，将其依次经过涂覆液中预处理、环氧树脂基体浆液浸渍后，将碳纤维布缠带后固化得鱼竿毛坯，毛坯经打磨、涂饰和装配，制成鱼竿，其特征在于，具体步骤为：

步骤一、涂覆液的制备：

（1）、按照2.5：1的重量比，称取硝酸银和聚乙烯醇粉末，将硝酸银全部溶解在去离子水中，将聚乙烯醇加入到形成的硝酸银溶液中，然后在70℃水中水浴加热并搅拌，直至聚乙烯醇全部溶解，形成混合溶液，备用；

（2）、按照2.5：1的重量比，称取乙二醇和三乙醇胺混合得混合溶液B，按照1：1.5的体积比，分别称取混合溶液A和混合溶液B进行混合，形成涂覆液，搅拌均匀后加入无水乙醇，使涂覆液的粘度达到10Pa·s，备用；

步骤二、环氧树脂基体浆液的制备：

（1）、将硅烷偶联剂和纳米碳纤维按1：100的重量比进行混合，制得纳米改性碳纤维；按照此方法分别利用六钛酸钾晶须和纳米二氧化硅制得改性六钛酸钾晶须和改性纳米二氧化硅，备用；

（2）、按照1：5的重量比，称取甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯溶解在去离子水中，然后在78℃水中水浴加热并搅拌1.2h，然后加入改性碳纤维，保持此温度水浴加热1h后，取出改性碳纤维，并在110℃下烘干，制得碳纤维微粒，备用；

（3）、取双酚A型环氧树脂与双酚F型环氧树脂，按4：1的体积比进行混合，制得基体树脂，备用；

（4）、按照63：3：2：25的重量比，依次称取基体树脂、改性六钛酸钾晶须、改性纳米二氧化硅和碳纤维微粒，另量取体积与基体树脂总重量的比例为3.0mL：1g的丁酮溶液以及体积与基体树脂总重量的比例为3.0mL：1g的甲苯溶液，将丁酮溶液和甲苯溶液依次加入到基体树脂中，在90℃的恒温炉中加热并搅拌40min，然后再加入改性六钛酸钾晶须、改性纳米二氧化硅和碳纤维微粒，搅拌30min，制得环氧树脂基体浆液，备用；

步骤三、鱼竿的制备：

（1）、将步骤一制备的涂覆液涂覆到碳纤维布上，并超声处理25min，静置24h后在110℃下烘干，然后将碳纤维布放入高温炉中，并向高温炉中依次通入BCl₃、C₂H₂和NH₃，并使高温炉在500℃的温度下保持2h，然后使碳纤维布随炉冷却至室温；

（2）、在步骤二制备的环氧树脂基体浆液中添加固化剂，使其形成固体含量为51%的胶液，将步骤三处理后的碳纤维布浸于该胶液中4h，然后将碳纤维布取出并在75℃下烘干，制得预浸布，备用；

（3）、将预浸布依次经过剪裁、卷管、缠带紧固、加热固化和脱模处理，得到毛坯，将毛坯经打磨、涂饰和装配，制成鱼竿。

通过上述实施例，对实例1~3制得的鱼竿进行测试，测试性能如下表所示：

由上表可以看出，本发明实施例1~3综合力学性能优良，与现有技术的鱼竿相比，显著提升了弯曲强度、弯曲模量、层间剪切强度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种轻质高强度鱼竿的制备方法，以碳纤维布为预浸布，将其依次经过涂覆液中预处理、环氧树脂基体浆液浸渍后，将碳纤维布缠带后固化得鱼竿毛坯，毛坯经打磨、涂饰和装配，制成鱼竿，其特征在于，具体步骤为：

步骤一、涂覆液的制备：

（1）、按照2.5：1的重量比，称取硝酸银和聚乙烯醇粉末，将硝酸银全部溶解在去离子水中，将聚乙烯醇加入到形成的硝酸银溶液中，然后在70℃水中水浴加热并搅拌，直至聚乙烯醇全部溶解，形成混合溶液A，备用；

（2）、按照2.5：1的重量比，称取乙二醇和三乙醇胺混合得混合溶液B，按照1：1.5的体积比，分别称取混合溶液A和混合溶液B进行混合，形成涂覆液，搅拌均匀后加入无水乙醇，使涂覆液的粘度低于15Pa·s，备用；

步骤二、环氧树脂基体浆液的制备：

（1）、将硅烷偶联剂和纳米碳纤维按1：100的重量比进行混合，制得纳米改性碳纤维；按照此方法分别利用六钛酸钾晶须和纳米二氧化硅制得改性六钛酸钾晶须和改性纳米二氧化硅，备用；

（2）、按照1：5的重量比，称取甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯，并将称取的甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯溶解在去离子水中，然后在70~80℃水中水浴加热并搅拌0.8~2h，然后加入改性碳纤维，保持此温度水浴加热1~1.2h后，取出改性碳纤维，并在110℃下烘干，制得碳纤维微粒，备用；

（3）、取双酚A型环氧树脂与双酚F型环氧树脂，按4：1的体积比进行混合，制得基体树脂，备用；

（4）、按照60~65：3：2：15~25的重量比，依次称取基体树脂、改性六钛酸钾晶须、改性纳米二氧化硅和碳纤维微粒，另量取体积与基体树脂总重量的比例为3.0mL：1g的丁酮溶液以及体积与基体树脂总重量的比例为3.0mL：1g的甲苯溶液，将丁酮溶液和甲苯溶液依次加入到基体树脂中，在90℃的恒温炉中加热并搅拌25~40min，然后再加入改性六钛酸钾晶须、改性纳米二氧化硅和碳纤维微粒，搅拌10~30min，制得环氧树脂基体浆液，备用；

步骤三、鱼竿的制备：

（1）、将步骤一制备的涂覆液涂覆到碳纤维布上，并超声处理20~35min，静置24h后在110℃下烘干，然后将碳纤维布放入高温炉中，并向高温炉中依次通入BCl₃、C₂H₂和NH₃，并使高温炉在400~500℃的温度下保持2~4h，然后使碳纤维布随炉冷却至室温；

（2）、在步骤二制备的环氧树脂基体浆液中添加固化剂，使其形成固体含量为50~51%的胶液，将步骤三处理后的碳纤维布浸于该胶液中2~4h，然后将碳纤维布取出并在75~85℃下烘干，制得预浸布，备用；

（3）、将预浸布依次经过剪裁、卷管、缠带紧固、加热固化和脱模处理，得到毛坯，将毛坯经打磨、涂饰和装配，制成鱼竿。

2.根据权利要求1所述的一种轻质高强度鱼竿的制备方法，其特征在于：步骤二（1）所采用的六钛酸钾晶须密度为0.4~0.6g/cm³，表面积为0.4~1m²/g，粒径为1~5微米；所采用的纳米二氧化硅为单层状，平均粒径为15±0.5纳米，纯度≥99%。

3.根据权利要求1所述的一种轻质高强度鱼竿的制备方法，其特征在于：步骤三（1）中，BCl₃、C₂H₂和NH₃的流量依次为100mL/min、50mL/min和100mL/min。

4.根据权利要求1所述的一种轻质高强度鱼竿的制备方法，其特征在于：步骤三（3）中，加热固化温度为115~125℃，加热固化时间为90~120min。

5.根据权利要求1所述的一种轻质高强度鱼竿的制备方法，其特征在于：所采用的碳纤维布的纤维状态为中长丝，粗细为450D，单位毫米孔数为100F。