CN107513253A - 复合碳纤维眼镜架及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及眼镜领域，特别是涉及复合碳纤维眼镜架及其生产工艺，复合碳纤维眼镜架，由以下重量份数的原料制成，碳纤维10‑30份、醋酸纤维20‑40份、环氧树脂30‑60份、耐磨剂1‑3份、抗菌剂0.5‑1.5份、夜光材料0.5‑1份、抗氧化剂0.5‑1份、偶联剂1‑3份、润滑剂0.5‑1.5份、相容剂0.5‑1.5份。本发明的复合碳纤维眼镜架生产成本低、强度高、不易刮伤、使用寿命长，且具有抗菌性和夜光效果，有利于人体健康和安全。

Description

复合碳纤维眼镜架及其制备工艺
技术领域
本发明涉及眼镜领域，特别是涉及复合碳纤维眼镜架及其生产工艺。
背景技术
眼镜架是眼镜的重要组成部分，主要起到支撑眼镜片的作用，外观漂亮的眼镜架还可起到美观的作用。
眼镜架由镜框、中梁、鼻托、桩头和镜脚等主要部分构成。镜框是用于装配镜片的位置。中梁是用于连接左右镜框固定镜片位置。鼻托是用于与鼻子直接接触，起着支撑和稳定眼镜架的作用。桩头是用于镜框和镜脚的连接。镜脚是用于勾架在耳朵上，起着固定镜框的作用。
按材质分，主要有金属材料、非金属材料和天然材料等。
其中，金属材料有如下几类，a锌、白铜金属架，国产镜架的铜、锌合金，铜的比重大，因此较沉重，弹性也差，易脱镀,氧化。镜架氧化后生成氧化铜.会变成铜绿色.影响美观性。b铜、锌、镍合金(国外称蒙乃尔合金)，大幅度降低了铜的含量而增加了镍的比率，弹性有所增加。但由于国内仍然采用湿式电镀，所以脱镀、被腐蚀的现象仍普遍存在。但这种镜架的可加工性好.款式较多，特别受青少年的喜爱，但生产成本高。c新合金，镍含量在86％以上、铜含量不足1％，冷伸拉性能良好，质地轻、耐腐蚀、镀层牢。但由于镍离子容易造成皮肤的过敏，欧洲、美国已建议顾客不再配戴。d钛材镜架，钛金属镜架特别轻，比同一款式的眼镜架约轻一半、可大大减少鼻梁的压力。而且钛金属架具有超弹性、永不变形的优点。就是将两镜腿向两侧拉伸直.与镜圈成一条线，都不会拉断，鼻梁扭曲90度也不会变形。另外，钛金属架化学稳定性好.非常耐腐蚀，不易被污水浸蚀，也不会引起皮肤过敏，长期使用仍是光亮如新，但加工时焊接、电镀、冷拉伸难度很大。焊接、电镀必须在真空或在充满惰性气体的状态下进行，也就是真空离子电镀，生产工艺复杂且生产成本高。
非金属材料眼镜架主要醋酸纤维镜架、碳纤维镜架、环氧树脂镜架等。碳纤维眼镜架具有质轻，硬度大、光泽度好、款式美观、不易变形变色、经久耐用等特性，而具有较好的口碑。
现有技术的碳纤维眼镜架存在以下缺陷，一方面，由于碳纤维价格贵，导致碳纤维眼镜架生产成本高，另一方面，由于用户面部出汗、涂有各类化妆品、外界环境中存在各类污染物等原因，眼镜架上易自身细菌，不利于人体健康，第三方面，碳纤维易氧化，由于与人体摩擦生热，导致材料受热老化，眼镜架会硬化，大大降低了眼镜架的使用寿命，第四方面，碳纤维的强度受环境影响较大，径向强度不如轴向强度，易刮伤，第五方面，不具有夜光效果，用户在夜间行走时存在安全隐患。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种生产成本低、强度高、不易刮伤、使用寿命长，且具有抗菌性和夜光效果，有利于人体健康和安全的复合碳纤维眼镜架及其生产工艺。
本发明所采用的技术方案是：复合碳纤维眼镜架，其特征在于：由以下重量份数的原料制成，碳纤维10-30份、醋酸纤维20-40份、环氧树脂30-60份、耐磨剂1-3份、抗菌剂0.5-1.5份、夜光材料0.5-1份、抗氧化剂0.5-1份、偶联剂1-3份、润滑剂0.5-1.5份、相容剂0.5-1.5份。
对上述技术方案的进一步改进为，所述耐磨剂为石墨和聚四氟乙烯的混合物；所述抗菌剂为纳米银；所述夜光材料为Zn3Ga2Ge2O10:Cr3+，材料粒径为200nm；所述抗氧化剂为[3－(3,5-二叔丁基－4－羟基苯基)丙酸]季戊四醇和三(2，4－二叔丁基苯基)亚磷酸酯的混合物；所述偶联剂为氨基硅烷类偶联剂；所述润滑剂为硬脂酰胺类润滑剂；所述相容剂为苯乙烯与马来酸酐的共聚物。
对上述技术方案的进一步改进为，所述碳纤维的长度为1-2μm，其含碳量≥95％，孔隙率为＜0.9％。
对上述技术方案的进一步改进为，由以下重量份数的原料制成，碳纤维10份、醋酸纤维23份、环氧树脂60份、耐磨剂3份、抗菌剂1份、夜光材料0.5份、抗氧化剂0.5份、偶联剂1份、润滑剂0.5份、相容剂0.5份。
对上述技术方案的进一步改进为，由以下重量份数的原料制成，碳纤维20份、醋酸纤维21份、环氧树脂52份、耐磨剂1份、抗菌剂1份、夜光材料0.5份、抗氧化剂0.5份、偶联剂3份、润滑剂0.5份、相容剂0.5份。
对上述技术方案的进一步改进为，由以下重量份数的原料制成，碳纤维30份、醋酸纤维28份、环氧树脂35份、耐磨剂3份、抗菌剂1份、夜光材料0.5份、抗氧化剂0.5份、偶联剂1份、润滑剂0.5份、相容剂0.5份。
复合碳纤维眼镜架的制备工艺，包括以下步骤：
a混料：将权利要求1中所述各组份称量后混合均匀，加热得到混合物料；
b成型：将步骤a中的混合物料倒入眼镜架模具中，热压固化成型；
c抛光：将步骤b中成型后的眼镜架从模具上取下，打磨去除毛刺进行抛光处理；
d注色：将步骤c中抛光后的眼镜架进行注色处理得到成品。
对上述技术方案的进一步改进为，步骤a中，加热的温度为100℃-120℃。
对上述技术方案的进一步改进为，步骤b中，热压固化温度为180℃-220℃。
本发明的有益效果为：
1、一方面，本发明中，采用碳纤维对醋酸纤维和环氧树脂进行增强，相对于单纯采用碳纤维，能大大降低生产成本，相对于单纯使用环氧树脂或醋酸纤维，能显著提高机械强度，改善其耐磨性。第二方面，设有耐磨剂，改善复合材料的耐磨性能。第三方面，设有抗菌剂，使复合材料具有抗菌性，从而使得制备的眼镜架具有抗菌性，有利于人体健康。第四方面，含有夜光材料，使得制备的眼镜架能在夜间发光，在夜间行走时对其他行人和车辆起到提醒作用，有利于用户安全。第五方面，含有抗氧化剂，防止眼镜架由于摩擦生热而老化，延长眼镜架的使用寿命。第六方面，含有偶联剂，通过偶联剂提高碳纤维与醋酸纤维和环氧树脂之间的粘结强度，提高复合材料整体的机械强度，使得制备的眼镜架强度高、不易刮伤。
2、耐磨剂为石墨和聚四氟乙烯的混合物，且石墨和聚四氟乙烯的质量比为2:1，一方面能显著提高复合材料的耐磨性能，另一方面能增强复合材料的强度，进一步改善其耐磨性，延长眼镜架的使用寿命。抗菌剂为纳米银，抗菌效果好。夜光材料为Zn3Ga2Ge2O10:Cr3 +，材料粒径为200nm，该材料能在可见光下储存较多能量，发光时间长，且无放射性，安全无害，有利于人体健康。抗氧化剂为抗氧剂1010[3－(3,5-二叔丁基－4－羟基苯基)丙酸]季戊四醇和抗氧剂168(三(2，4－二叔丁基苯基)亚磷酸酯)的混合物，且二者质量比为1:1，抗氧化效果好，防止复合材料中的各成分高温氧化，提高眼镜架的抗老化能力，延长使用寿命。偶联剂为氨基硅烷类偶联剂，属于双官能团分子，水解后能有效连接非极性的无机纤维碳纤维和带有极性基团的醋酸纤维和环氧树脂，使三者能稳定的结合，从而进一步提高眼镜架的强度。润滑剂为硬脂酰胺类润滑剂，对复合材料中的大分子起到润滑作用，减小眼镜架与外界的摩擦系数，且硬脂酰胺类润滑剂与复合材料的其他组分相容性好，润滑性能好，进一步防止眼镜架由于摩擦生热而老化，从而延长其使用寿命。相容剂为苯乙烯与马来酸酐的共聚物，能与醋酸纤维和环氧树脂中的极性基团反应，提高碳纤维与醋酸纤维和环氧树脂的粘结强度，进一步提高眼镜架的强度。
3、碳纤维的长度为1-1.5μm，其含碳量≥95％，孔隙率为＜0.9％，碳纤维的长度对复合材料的力学性能有一定的影响，碳纤维长度过短，碳纤维的有效增强效果区域较小，可能在环氧树脂-醋酸纤维基体中形成增强盲区，则起不到增强的作用；碳纤维长度过长，碳纤维的均匀分散比较困难，较长的碳纤维在混合时容易团聚，则对加工工艺产生不利的影响，容易引起碳纤维间的缠绕。
4、由以下重量份数的原料制成，碳纤维18份、醋酸纤维21份、环氧树脂54份、耐磨剂1份、抗菌剂1份、夜光材料0.5份、抗氧化剂0.5份、偶联剂3份、润滑剂0.5份、相容剂0.5份。由于复合材料主要通过碳纤维来承受载荷，若碳纤维含量太低，则纤维间会出现较大的交叠，增强效果差，若碳纤维含量太高，则会导致各组分混合不均匀，环氧树脂-醋酸纤维基体无法完全浸泡包裹碳纤维，各组分相容性较差，只有选用此配方，当碳纤维含量约为20％时，此时复合材料各项理化性能最佳，眼镜架强度大，抗刮伤性好，进一步有利于提高眼镜架的强度，延长其使用寿命。
5、本发明的复合碳纤维眼镜架的制备工艺简单，生产条件易达成，制备成本低。加热的温度为100℃-120℃，优选为110℃，混料效果好，热压固化温度为180℃-220℃，优选为210℃，当温度超过220℃时，已超过醋酸纤维的分解温度，会造成组分由于温度过高而分解或严重老化，当温度过低又会不利于固化的顺利进行，当温度为210℃，此时固化效果好，且固化后的产品强度高。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的说明。
具体实施例1：
复合碳纤维眼镜架，由以下重量份数的原料制成，碳纤维10份、醋酸纤维23份、环氧树脂60份、耐磨剂3份、抗菌剂1份、夜光材料0.5份、抗氧化剂0.5份、偶联剂1份、润滑剂0.5份、相容剂0.5份。
其中，耐磨剂为石墨和聚四氟乙烯的混合物；抗菌剂为纳米银；夜光材料为Zn3Ga2Ge2O10:Cr3+，材料粒径为200nm；抗氧化剂为抗氧剂1010[3－(3,5-二叔丁基－4－羟基苯基)丙酸]季戊四醇和抗氧剂168(三(2，4－二叔丁基苯基)亚磷酸酯)的混合物；偶联剂为氨基硅烷类偶联剂；润滑剂为硬脂酰胺类润滑剂；所述相容剂为苯乙烯与马来酸酐的共聚物，碳纤维的长度为1.5μm，其含碳量≥95％，孔隙率为＜0.9％。
具体实施例2：
复合碳纤维眼镜架，由以下重量份数的原料制成，碳纤维20份、醋酸纤维21份、环氧树脂52份、耐磨剂1份、抗菌剂1份、夜光材料0.5份、抗氧化剂0.5份、偶联剂3份、润滑剂0.5份、相容剂0.5份。
其中，耐磨剂为石墨和聚四氟乙烯的混合物；抗菌剂为纳米银；夜光材料为Zn3Ga2Ge2O10:Cr3+，材料粒径为200nm；抗氧化剂为抗氧剂1010[3－(3,5-二叔丁基－4－羟基苯基)丙酸]季戊四醇和抗氧剂168(三(2，4－二叔丁基苯基)亚磷酸酯)的混合物；偶联剂为氨基硅烷类偶联剂；润滑剂为硬脂酰胺类润滑剂；所述相容剂为苯乙烯与马来酸酐的共聚物，碳纤维的长度为1.5μm，其含碳量≥95％，孔隙率为＜0.9％。
具体实施例3：
复合碳纤维眼镜架，由以下重量份数的原料制成，碳纤维20份、醋酸纤维21份、环氧树脂52份、耐磨剂1份、抗菌剂1份、夜光材料0.5份、抗氧化剂0.5份、偶联剂3份、润滑剂0.5份、相容剂0.5份。
其中，耐磨剂为石墨和聚四氟乙烯的混合物；抗菌剂为纳米银；夜光材料为Zn3Ga2Ge2O10:Cr3+，材料粒径为200nm；抗氧化剂为抗氧剂1010[3－(3,5-二叔丁基－4－羟基苯基)丙酸]季戊四醇和抗氧剂168(三(2，4－二叔丁基苯基)亚磷酸酯)的混合物；偶联剂为氨基硅烷类偶联剂；润滑剂为硬脂酰胺类润滑剂；所述相容剂为苯乙烯与马来酸酐的共聚物，碳纤维的长度为1.5μm，其含碳量≥95％，孔隙率为＜0.9％。
对照组：
复合碳纤维眼镜架，由以下重量份数的原料制成，碳纤维96、耐磨剂1份、抗菌剂1份、夜光材料0.5份、抗氧化剂0.5份、润滑剂1份。
其中，耐磨剂为石墨和聚四氟乙烯的混合物；抗菌剂为纳米银；夜光材料为Zn3Ga2Ge2O10:Cr3+，材料粒径为200nm；抗氧化剂为抗氧剂1010[3－(3,5-二叔丁基－4－羟基苯基)丙酸]季戊四醇和抗氧剂168(三(2，4－二叔丁基苯基)亚磷酸酯)的混合物；润滑剂为硬脂酰胺类润滑剂；碳纤维的长度为1.5μm，其含碳量≥95％，孔隙率为＜0.9％。
以上实施例中，复合碳纤维眼镜架的制备工艺为，包括以下步骤：
a混料：将各具体实施例中所述各组份称量后混合均匀，110℃加热得到混合物料；
b成型：将步骤a中的混合物料倒入眼镜架模具中，210℃热压固化成型；
c抛光：将步骤b中成型后的眼镜架从模具上取下，打磨去除毛刺进行抛光处理；
d注色：将步骤c中抛光后的眼镜架进行注色处理得到成品。
采用各具体实施例和对照组的材料，制成相同的眼镜架，在相同环境条件下，采用相同的测量仪器和测量方法，测量各组眼镜架的物理性质，测量结果见表1。
从表1可看出，(1)本发明的眼镜架，具有夜光效果、抗菌性、不具有放射性，有利于人体健康和安全。(2)相对于全碳纤维眼镜架，本发明能大大降低生产成本，提高眼镜架的机械强度，降低磨损量，从而延长使用寿命；相对于普通钢材眼镜架，本发明能大大减轻眼镜架的重量。(3)当碳纤维含量为20％时，制备的眼镜架各项性能最好。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.复合碳纤维眼镜架，其特征在于：由以下重量份数的原料制成，碳纤维10-30份、醋酸纤维20-40份、环氧树脂30-60份、耐磨剂1-3份、抗菌剂0.5-1.5份、夜光材料0.5-1份、抗氧化剂0.5-1份、偶联剂1-3份、润滑剂0.5-1.5份、相容剂0.5-1.5份。
2.根据权利要求1所述的复合碳纤维眼镜架，其特征在于：所述耐磨剂为石墨和聚四氟乙烯的混合物；所述抗菌剂为纳米银；所述夜光材料为Zn3Ga2Ge2O10:Cr3+，材料粒径为200nm；所述抗氧化剂为[3－(3,5-二叔丁基－4－羟基苯基)丙酸]季戊四醇和三(2，4－二叔丁基苯基)亚磷酸酯的混合物；所述偶联剂为氨基硅烷类偶联剂；所述润滑剂为硬脂酰胺类润滑剂；所述相容剂为苯乙烯与马来酸酐的共聚物。
3.根据权利要求2所述的复合碳纤维眼镜架，其特征在于：所述碳纤维的长度为1-2μm，其含碳量≥95％，孔隙率为＜0.9％。
4.根据权利要求3所述的复合碳纤维眼镜架，其特征在于：由以下重量份数的原料制成，碳纤维10份、醋酸纤维23份、环氧树脂60份、耐磨剂3份、抗菌剂1份、夜光材料0.5份、抗氧化剂0.5份、偶联剂1份、润滑剂0.5份、相容剂0.5份。
5.根据权利要求3所述的复合碳纤维眼镜架，其特征在于：由以下重量份数的原料制成，碳纤维20份、醋酸纤维21份、环氧树脂52份、耐磨剂1份、抗菌剂1份、夜光材料0.5份、抗氧化剂0.5份、偶联剂3份、润滑剂0.5份、相容剂0.5份。
6.根据权利要求3所述的复合碳纤维眼镜架，其特征在于：由以下重量份数的原料制成，碳纤维30份、醋酸纤维28份、环氧树脂35份、耐磨剂3份、抗菌剂1份、夜光材料0.5份、抗氧化剂0.5份、偶联剂1份、润滑剂0.5份、相容剂0.5份。
7.复合碳纤维眼镜架的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a混料：将权利要求1中所述各组份称量后混合均匀，加热得到混合物料；
b成型：将步骤a中的混合物料倒入眼镜架模具中，热压固化成型；
c抛光：将步骤b中成型后的眼镜架从模具上取下，打磨去除毛刺进行抛光处理；
d注色：将步骤c中抛光后的眼镜架进行注色处理得到成品。
8.根据权利要求7所述的复合碳纤维眼镜架的制备工艺，其特征在于：步骤a中，加热的温度为100℃-120℃。
9.根据权利要求7所述的复合碳纤维眼镜架的制备工艺，其特征在于：步骤b中，热压固化温度为180℃-220℃。
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