CN106970473B - 一种碳纤维眼镜腿及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维眼镜腿及其制备工艺，碳纤维眼镜腿由改性碳纤维层、金属芯板层复合而成；制备工艺：将碳纤维浸泡于以六亚甲基四胺和碳酸氢钠为溶质的复配溶液中，加入二硫化钼和石墨，至分散均匀，静止沉降后即得改性碳纤维；将改性碳纤维进行改性编织，得到改性碳纤维层；以钛锌合金金属芯板为中间层，分别以改性碳纤维层作为内外两层，在钛锌合金金属芯板正反两面以热压成型工艺进行固化成型，得到眼镜腿板材料；将眼镜腿板材料进行裁切包装，即得。本发明以碳纤维材料为主要原料，通过编织织造成型，再通过复合材料的加工方法来制备眼镜腿，使得眼镜腿的强度和耐磨性及适用性得到充分提高。

Description

一种碳纤维眼镜腿及其制备工艺
技术领域
本发明涉及眼镜领域，具体涉及一种碳纤维眼镜腿及其制备工艺。
背景技术
消费者们对于眼镜行业日趋高涨的潜在需求催生各种新型材料眼镜腿不断持续发展，以碳纤维材料作为原料来制备眼镜腿成为这其中独特的发展方向之一。传统眼镜腿材质主要可以分为金属材质、塑料材质和复合材质等。金属材质眼镜腿结实耐用，但易引起皮肤过敏导致使用者不适；塑料材质眼镜腿成本低廉样式丰富，但结构耐性差产品质量好坏不一；复合材质眼镜腿稳固牢靠耐候性好，但制备复杂加工难度大。而如果以碳纤维材料来加工眼镜腿，则既具备以上材质的优点，又能避免出现上述相关问题。
碳纤维材料，是一种碳含量在95％以上的高强纤维材料。碳纤维材料宏观上可以区分为长丝、短切和短纤维类型，而微观结构上或者可以等效为多层杂乱交错的层状石墨结构或者可以视为二维有序的晶体结构和空洞嵌入。碳纤维材料具有模量高、强度高、密度低、耐受性等优良特性，并且无蠕变、耐腐蚀、抗疲劳，热胀系数小，导电导热能力强。可见，以碳纤维材料为原料制备眼镜腿，不仅满足眼镜腿本身的固有需求，而且能够全面提高眼镜腿的各项结构特性和使用水平，使眼镜腿材质的适用范围得到进一步的拓宽。
中国专利CN201610226974.0公开了一种金属基体复合材料眼镜腿及其制备工艺，制备眼镜腿的原料为：锆钇铜镍合金，酯化纤维素，增塑剂，抗氧化剂，采用注射成型法制备眼镜腿。但是该专利以复合材料为原料，锆钇铜镍金属基板在注射时容易残存热应力，使酯化纤维素结晶和成型过程不均匀，进而导致眼镜腿开裂破损，同时该复合材料与人体肌肤的相容性较差，易引起过敏发炎。
因此，需要发明一种以碳纤维材料为主要原料制备的眼镜腿，使眼镜腿的机械强度和耐磨性及适用性得到充分提高。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种碳纤维眼镜腿及其制备工艺。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种碳纤维眼镜腿，碳纤维眼镜腿由改性碳纤维层、金属芯板层复合而成；改性碳纤维层由以下质量百分数的原料制备而成：碳纤维92％～96％，二硫化钼2％～5％，石墨2％～4％；金属芯板层由钛锌合金制备而成。
进一步地，碳纤维为：长丝碳纤维，平均直径为1μm～5μm。
更进一步地，长丝碳纤维为：聚丙烯腈碳纤维、沥青碳纤维、酚醛碳纤维中的任一种。
进一步地，二硫化钼的细度为：500目～800目。
本发明的另一发明目的，在于提供一种上述碳纤维眼镜腿的制备工艺，包括以下步骤：
步骤S10，改性碳纤维层的制备，包括以下步骤：
步骤S11，配制溶液：以六亚甲基四胺和碳酸氢钠为溶质，质量比为0.2～0.5:1，溶解于浓度为0.05mol/L～0.1mol/L的稀氨水溶液中，调节溶液pH为7.5～10，得到复配溶液；
步骤S12，纤维强化：将所述质量百分数的碳纤维浸泡于步骤S11得到的复配溶液中，浸泡2h～4h，加入所述质量百分数的二硫化钼和石墨，以100r/min～150r/min的速度搅拌30min～60min，至分散均匀，继续在15℃～35℃的温度下静止沉降6h～24h，使二硫化钼和石墨充分附着在碳纤维表面，将碳纤维取出干燥，即得改性碳纤维；
步骤S13，改性碳纤维编织：将步骤S12得到的改性碳纤维依次按照于长轴夹角为0°、-45°、90°、+45°、0°的方向进行排布，以梭织、编织和针缝相结合的织造方式进行改性碳纤维编织，得到改性碳纤维层；
步骤S20，胶合热压成型：以钛锌合金金属芯板为中间层，分别以步骤S13得到的改性碳纤维层作为内外两层，在钛锌合金金属芯板正反两面以100g/m2～200g/m2的施胶量涂布环氧值为0.35～0.5的环氧树脂胶，以热压成型工艺进行固化成型，得到眼镜腿板材料；
步骤S30，裁剪包装，将步骤S20得到的眼镜腿板材料按照预先设计好的样式采用激光切割机进行裁切，裁切后表面包裹聚乙烯管膜，即得所述碳纤维眼镜腿。
进一步地，步骤S12中，干燥具体为：在60℃～75℃的温度条件下烘干干燥3h～5h。
进一步地，步骤S12中，改性碳纤维的抗拉强度为0.8GPa～1.2GPa，弹性模量为50GPa～150GPa。
进一步地于，步骤S13中，改性碳纤维层的面料支数为80支～100支。
进一步地，步骤S20中，热压成型具体为：热压温度为80℃～90℃，压力为0.2MPa～0.5MPa，保温保压时间1h～2h。
进一步地，步骤S20中，眼镜腿板材料的厚度为8mm～15mm。
本发明的优点是：
1.本发明主要以碳纤维为原料来制备眼镜腿，具有质量轻便，结构强度高，环境稳定性高，耐受性好等优良特性，并且耐磨性好，抗疲劳弯折，使用寿命长，适用范围广；
2.本发明采用编织的方式织造了碳纤维布，使具有不同主轴长轴的方向的碳纤维原料丝在二维平面上以连续变化角度和方向进行正交杂化排布，使原料布的机械强度和模量覆盖性全面；
3.本发明采用层间复合组合的方式加工制造眼镜腿，兼具钛金属合金和碳纤维材料高韧性和高强度的共同优点。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种碳纤维眼镜腿，碳纤维眼镜腿由改性碳纤维层、金属芯板层复合而成；改性碳纤维层由以下质量百分数的原料制备而成：碳纤维92％，二硫化钼5％，石墨3％；金属芯板层由钛锌合金制备而成。其中，碳纤维为长丝碳纤维，平均直径为1μm；长丝碳纤维为聚丙烯腈碳纤维；二硫化钼的细度为500目。
实施例2
一种碳纤维眼镜腿，碳纤维眼镜腿由改性碳纤维层、金属芯板层复合而成；改性碳纤维层由以下质量百分数的原料制备而成：碳纤维96％，二硫化钼2％，石墨2％；金属芯板层由钛锌合金制备而成。其中，碳纤维为长丝碳纤维，平均直径为5μm；长丝碳纤维为沥青碳纤维；二硫化钼的细度为800目。
实施例3
一种碳纤维眼镜腿，碳纤维眼镜腿由改性碳纤维层、金属芯板层复合而成；改性碳纤维层由以下质量百分数的原料制备而成：碳纤维93％，二硫化钼3％，石墨4％；金属芯板层由钛锌合金制备而成。其中，碳纤维为长丝碳纤维，平均直径为3μm；长丝碳纤维为酚醛碳纤维；二硫化钼的细度为600目。
实施例4
一种碳纤维眼镜腿的制备工艺，包括以下步骤：
步骤S10，改性碳纤维层的制备，包括以下步骤：
步骤S11，配制溶液：以六亚甲基四胺和碳酸氢钠为溶质，质量比为0.2:1，溶解于浓度为0.05mol/L的稀氨水溶液中，调节溶液pH为7.5，得到复配溶液；
步骤S12，纤维强化：将所述质量百分数的碳纤维浸泡于步骤S11得到的复配溶液中，浸泡2h，加入所述质量百分数的二硫化钼和石墨，以100r/min的速度搅拌30min，至分散均匀，继续在15℃的温度下静止沉降6h，使二硫化钼和石墨充分附着在碳纤维表面，将碳纤维取出，在60℃的温度条件下烘干干燥3h，即得改性碳纤维；其中，改性碳纤维的抗拉强度为0.8GPa，弹性模量为50GPa；
步骤S13，改性碳纤维编织：将步骤S12得到的改性碳纤维依次按照于长轴夹角为0°、-45°、90°、+45°、0°的方向进行排布，以梭织、编织和针缝相结合的织造方式进行改性碳纤维编织，得到面料支数为80支的改性碳纤层；
步骤S20，胶合热压成型：以钛锌合金金属芯板为中间层，分别以步骤S13得到的改性碳纤维层作为内外两层，在钛锌合金金属芯板正反两面以100g/m2的施胶量涂布环氧值为0.35的环氧树脂胶，在热压温度为80℃，压力为0.2MPa的条件下进行热压成型，保温保压1h进行固化成型，得到眼镜腿板材料；其中，眼镜腿板材料的厚度为8mm；
步骤S30，裁剪包装，将步骤S20得到的眼镜腿板材料按照预先设计好的样式采用激光切割机进行裁切，裁切后表面包裹聚乙烯管膜，即得所述碳纤维眼镜腿。
实施例5
一种碳纤维眼镜腿的制备工艺，包括以下步骤：
步骤S10，改性碳纤维层的制备，包括以下步骤：
步骤S11，配制溶液：以六亚甲基四胺和碳酸氢钠为溶质，质量比为0.5:1，溶解于浓度为0.1mol/L的稀氨水溶液中，调节溶液pH为10，得到复配溶液；
步骤S12，纤维强化：将所述质量百分数的碳纤维浸泡于步骤S11得到的复配溶液中，浸泡4h，加入所述质量百分数的二硫化钼和石墨，以150r/min的速度搅拌60min，至分散均匀，继续在35℃的温度下静止沉降24h，使二硫化钼和石墨充分附着在碳纤维表面，将碳纤维取出，在75℃的温度条件下烘干干燥5h，即得改性碳纤维；其中，改性碳纤维的抗拉强度为1.2GPa，弹性模量为150GPa；
步骤S13，改性碳纤维编织：将步骤S12得到的改性碳纤维依次按照于长轴夹角为0°、-45°、90°、+45°、0°的方向进行排布，以梭织、编织和针缝相结合的织造方式进行改性碳纤维编织，得到面料支数为100支的改性碳纤层；
步骤S20，胶合热压成型：以钛锌合金金属芯板为中间层，分别以步骤S13得到的改性碳纤维层作为内外两层，在钛锌合金金属芯板正反两面以200g/m2的施胶量涂布环氧值为0.5的环氧树脂胶，在热压温度为90℃，压力为0.5MPa的条件下进行热压成型，保温保压2h进行固化成型，得到眼镜腿板材料；其中，眼镜腿板材料的厚度为15mm；
步骤S30，裁剪包装，将步骤S20得到的眼镜腿板材料按照预先设计好的样式采用激光切割机进行裁切，裁切后表面包裹聚乙烯管膜，即得所述碳纤维眼镜腿。
实施例6
一种碳纤维眼镜腿的制备工艺，包括以下步骤：
步骤S10，改性碳纤维层的制备，包括以下步骤：
步骤S11，配制溶液：以六亚甲基四胺和碳酸氢钠为溶质，质量比为0.3:1，溶解于浓度为0.5mol/L的稀氨水溶液中，调节溶液pH为8.5，得到复配溶液；
步骤S12，纤维强化：将所述质量百分数的碳纤维浸泡于步骤S11得到的复配溶液中，浸泡3h，加入所述质量百分数的二硫化钼和石墨，以125r/min的速度搅拌45min，至分散均匀，继续在20℃的温度下静止沉降15h，使二硫化钼和石墨充分附着在碳纤维表面，将碳纤维取出，在67℃的温度条件下烘干干燥4h，即得改性碳纤维；其中，改性碳纤维的抗拉强度为1GPa，弹性模量为100GPa；
步骤S13，改性碳纤维编织：将步骤S12得到的改性碳纤维依次按照于长轴夹角为0°、-45°、90°、+45°、0°的方向进行排布，以梭织、编织和针缝相结合的织造方式进行改性碳纤维编织，得到面料支数为90支的改性碳纤层；
步骤S20，胶合热压成型：以钛锌合金金属芯板为中间层，分别以步骤S13得到的改性碳纤维层作为内外两层，在钛锌合金金属芯板正反两面以150g/m2的施胶量涂布环氧值为0.4的环氧树脂胶，在热压温度为85℃，压力为0.3MPa的条件下进行热压成型，保温保压1.5h进行固化成型，得到眼镜腿板材料；其中，眼镜腿板材料的厚度为12mm；
步骤S30，裁剪包装，将步骤S20得到的眼镜腿板材料按照预先设计好的样式采用激光切割机进行裁切，裁切后表面包裹聚乙烯管膜，即得所述碳纤维眼镜腿。
实验例1
对实施例1～6制得的碳纤维眼镜腿的性能进行测试，测试结果如表1所示，
表1制备得到的碳纤维眼镜腿的性能测试结果
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纤维眼镜腿，其特征在于，所述碳纤维眼镜腿由改性碳纤维层、金属芯板层复合而成；所述改性碳纤维层由以下质量百分数的原料制备而成：碳纤维92％～96％，二硫化钼2％～5％，石墨2％～4％；所述金属芯板层由钛锌合金制备而成。
2.根据权利要求1所述的碳纤维眼镜腿，其特征在于，所述碳纤维为：长丝碳纤维，平均直径为1μm～5μm。
3.根据权利要求2所述的碳纤维眼镜腿，其特征在于，所述长丝碳纤维为：聚丙烯腈碳纤维、沥青碳纤维、酚醛碳纤维中的任一种。
4.根据权利要求1所述的碳纤维眼镜腿，其特征在于，所述二硫化钼的细度为：500目～800目。
5.一种根据权利要求1～4中任一项所述的碳纤维眼镜腿的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10，改性碳纤维层的制备，包括步骤S11、步骤S12、步骤S13：
步骤S11，配制溶液：以六亚甲基四胺和碳酸氢钠为溶质，质量比为0.2～0.5:1，溶解于浓度为0.05mol/L～0.1mol/L的稀氨水溶液中，调节溶液pH为7.5～10，得到复配溶液；
步骤S12，纤维强化：将所述质量百分数的碳纤维浸泡于步骤S11得到的复配溶液中，浸泡2h～4h，加入所述质量百分数的二硫化钼和石墨，以100r/min～150r/min的速度搅拌30min～60min，至分散均匀，继续在15℃～35℃的温度下静止沉降6h～24h，使二硫化钼和石墨充分附着在碳纤维表面，将碳纤维取出干燥，即得改性碳纤维；
步骤S13，改性碳纤维编织：将步骤S12得到的改性碳纤维依次按照于长轴夹角为0°、-45°、90°、+45°、0°的方向进行排布，以梭织、编织和针缝相结合的织造方式进行改性碳纤维编织，得到改性碳纤维层；
步骤S20，胶合热压成型：以钛锌合金金属芯板为中间层，分别以步骤S13得到的改性碳纤维层作为内外两层，在钛锌合金金属芯板正反两面以100g/m2～200g/m2的施胶量涂布环氧值为0.35～0.5的环氧树脂胶，以热压成型工艺进行固化成型，得到眼镜腿板材料；
步骤S30，裁剪包装，将步骤S20得到的眼镜腿板材料按照预先设计好的样式采用激光切割机进行裁切，裁切后表面包裹聚乙烯管膜，即得所述碳纤维眼镜腿。
6.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，步骤S12中，所述干燥具体为：在60℃～75℃的温度条件下烘干干燥3h～5h。
7.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，步骤S12中，所述改性碳纤维的抗拉强度为0.8GPa～1.2GPa，弹性模量为50GPa～150GPa。
8.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，步骤S13中，所述改性碳纤维层的面料支数为80支～100支。
9.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，步骤S20中，所述热压成型具体为：热压温度为80℃～90℃，压力为0.2MPa～0.5MPa，保温保压时间1h～2h。
10.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，步骤S20中，所述眼镜腿板材料的厚度为8mm～15mm。
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