CN107587222A - 一种芳纶1414纤维复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种芳纶1414纤维复合材料及制备方法，属于芳纶应用技术领域。复合材料由芳纶1414纤维和石墨烯纤维包络而成，其中，芳纶1414纤维为包络原料，石墨烯纤维为纱芯；分别由石墨烯纤维、芳纶1414纤维送丝，转杯纺纱法包络，最后经过复合材料出纱处理，完成芳纶1414纤维复合材料制备工艺。纤维复合材料结构，在保证材料强度的同时，形成多功能材料；同时根据具体的材料产品用途和性能要求不同，通过纤维复合工艺调芯部和包络部的几何结构以及纤维性能，达到改变材料功能，从而衍生出系列功能性产品；在此基础上，在扩大芳纶1414纤维应用领域，同时，促使芳纶1414纤维达到极大的利用化。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料及制备方法，尤其的，涉及一种芳纶1414纤维复合材料及制备方法，属于芳纶应用技术领域。
背景技术
聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，又称芳纶1414、PPTA纤维，制备这种纤维所用聚合物单体为对苯二胺与对苯二甲酰氯缩合聚合而成的全对位聚芳酰胺，其分子结构酰胺基团在苯环对位（1，4）位。其聚合物单体为：
其聚合物为：
芳纶1414密度低、比强度高、耐高温、不燃、不熔、耐蠕变，性能稳定，芳纶1414作为特种纤维和复合材料在航天、航空、交通、通讯等领域获得了广泛的应用。近十年来，芳纶1414的特性逐步被人们认识，需求量与日俱增。据有关资料，到2005年我国需求量将超过2kt/a以上，其主要用途及需求量为：（1）通讯电缆增强用纤维约200t/a；（2）高压贮罐用增强纤维约200t/a；（3）高强度绳、缆约200t/a；（4）防弹衣、头盔、护膝200-300t/a；（5）高压容器用增强纤维约200t/a；（6）芳纶浆粕（代替短纤维石棉、橡胶塑料增强用纤维）将超过300t/a；（7）军用特种芳纶50t/a；（8）煤矿、港口用阻燃运输带约100-200t/a；（9）体育用品（赛艇、游艇、球拍等）约200t/a；（10）高级轿车、矿山载重车轮胎帘子线约200k/a；此外，在特种耐高温薄膜、纸、印刷电路基板、低线胀系数材料、芳纶/铝复合板材等方面均有着较好的应用前景。
发明内容
本发明根据目前市场需求，提供了一种芳纶1414纤维复合材料及制备方法。在本发明中，纤维复合材料结构，在保证材料强度的同时，形成多功能材料；同时根据具体的材料产品用途和性能要求不同，通过纤维复合工艺调芯部和包络部的几何结构以及纤维性能，达到改变材料功能，从而衍生出系列功能性产品；在此基础上，在扩大芳纶1414纤维应用领域的同时，促使芳纶1414纤维达到极大的利用化。
一种芳纶1414纤维复合材料，由芳纶1414纤维和石墨烯纤维包络而成，其中，芳纶1414纤维为包络原料，石墨烯纤维为纱芯，且芳纶1414纤维为100D，石墨烯纤维为120-200D。
进一步的，所述复合材料为单丝芯或双丝芯。
进一步的，所述石墨烯纤维为石墨烯与XNTs复合物。
一种芳纶1414纤维复合材料制备方法，包括如下步骤：
A. 石墨烯纤维送丝
将石墨烯纤维置于退绕架上，再在气动柔性张力退绕器的作用下，石墨烯纤维以卷绕的方向退绕7-10圈，退绕后的石墨烯纤维，再经过气动送丝嘴，进入转杯；
B. 芳纶1414纤维送丝
存放于去油桶内的芳纶1414纤维，依次经过喇叭口、喂给板和喂给罗拉，并在喂给罗拉的牵引下，芳纶1414纤维进入分梳装置，在分梳装置内经过梳理、除杂后，再经过隔离盘中的活络通道进入转杯；
C. 转杯纺纱法包络
在转杯内，芳纶1414纤维由于转杯离心力的作用，芳纶1414纤维按一定规律均匀包络在处于中心的石墨烯纤维外表面上，形成鞘部，芳纶1414纤维再经阻捻器和定捻器作用而紧密地包络在石墨烯纤维形成的纱芯上，得复合材料；
D. 复合材料出纱处理
将步骤C中得到包络后的复合材料通过引纱管，再依次经过电子清纱器和断纱传感器处理，同时在引纱罗拉和引纱轴的牵引下，又经过导丝嘴导引芯鞘型复合纱，经绕取罗拉，将复合材料绕卷成纱筒，最后，包装成产品。
进一步的，在步骤A中，石墨烯纤维的退绕速度与步骤D中的出纱速度一致。
进一步的，在步骤D中，所述出纱速度50-75米/分钟。
进一步的，在步骤B中，所述分梳装置的分梳速度6000-7000转/分钟。
进一步的，在步骤C中，所述转杯速度6-7万转/分钟。
制备方法的成纱范围为40-50支。
采用本技术方案，带来的有益技术效果为：
1）在本发明中，复合材料由芳纶1414纤维和石墨烯纤维包络而成，其中，芳纶1414纤维为包络原料，石墨烯纤维为纱芯，复合材料为单丝芯或双丝芯，这样的结构，保证复合材料强度的同时，形成多功能化纱线。同时，根据具体的复合材料产品用途和性能要求不同，通过制备工艺调芯部和包络部的几何结构以及纤维性能，达到改变纱线功能，从而衍生出系列功能性产品；
2）在本发明中，气动柔性张力退绕器的设置，使得石墨烯纤维以一定的速度退绕，能适当调节石墨烯纤维的送丝速度，再经过气动送丝嘴，进入转杯。当退绕速度过快或过慢时，气动柔性张力退绕器调节减速或加速，以适应转杯内的纤维复合速度，提高成纱效率和质量；
3）在本发明中，气动送丝嘴在纺纱初期起引线作用，纺纱过程中起导丝作用；
4）在本发明中，以石墨烯纤维为纱线骨架，以芳纶1414纤维为功能性纱线，经石墨烯纤维与芳纶1414纤维复合，可以形成各种功能性复合材料，以实现复合材料的差异化、定制化，可以进行小批量生产。本发明的特点在于利用一种新型的纤维复合工艺，实现现在纱线中石墨烯纤维和芳纶1414纤维一步成纱技术，改变现有技术中纱线不论混纺或者单纺，结合芳纶1414纤维功能多样性和石墨烯纤维结构完整，本技术方案的复合工艺性能优良；
5）在本发明中，纤维复合材料结构，在保证材料强度的同时，形成多功能材料；同时根据具体的材料产品用途和性能要求不同，通过纤维复合工艺调芯部和包络部的几何结构以及纤维性能，达到改变材料功能，从而衍生出系列功能性产品；在此基础上，在扩大芳纶1414纤维应用领域的同时，促使芳纶1414纤维达到极大的利用化。
具体实施例
下面通过对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种芳纶1414纤维复合材料，由芳纶1414纤维和石墨烯纤维包络而成，其中，芳纶1414纤维为包络原料，石墨烯纤维为纱芯，且芳纶1414纤维为100D，石墨烯纤维为120D。
进一步的，所述复合材料为单丝芯。
进一步的，所述石墨烯纤维为石墨烯与XNTs复合物。
一种芳纶1414纤维复合材料制备方法，包括如下步骤：
A. 石墨烯纤维送丝
将石墨烯纤维置于退绕架上，再在气动柔性张力退绕器的作用下，石墨烯纤维以卷绕的方向退绕7圈，退绕后的石墨烯纤维，再经过气动送丝嘴，进入转杯；
B. 芳纶1414纤维送丝
存放于去油桶内的芳纶1414纤维，依次经过喇叭口、喂给板和喂给罗拉，并在喂给罗拉的牵引下，芳纶1414纤维进入分梳装置，在分梳装置内经过梳理、除杂后，再经过隔离盘中的活络通道进入转杯；
C. 转杯纺纱法包络
在转杯内，芳纶1414纤维由于转杯离心力的作用，芳纶1414纤维按一定规律均匀包络在处于中心的石墨烯纤维外表面上，形成鞘部，芳纶1414纤维再经阻捻器和定捻器作用而紧密地包络在石墨烯纤维形成的纱芯上，得复合材料；
D. 复合材料出纱处理
将步骤C中得到包络后的复合材料通过引纱管，再依次经过电子清纱器和断纱传感器处理，同时在引纱罗拉和引纱轴的牵引下，又经过导丝嘴导引芯鞘型复合纱，经绕取罗拉，将复合材料绕卷成纱筒，最后，包装成产品。
进一步的，在步骤A中，石墨烯纤维的退绕速度与步骤D中的出纱速度一致。
进一步的，在步骤D中，所述出纱速度50米/分钟。
进一步的，在步骤B中，所述分梳装置的分梳速度6000转/分钟。
进一步的，在步骤C中，所述转杯速度6万转/分钟。
制备方法的成纱范围为40支。
实施例2
一种芳纶1414纤维复合材料，由芳纶1414纤维和石墨烯纤维包络而成，其中，芳纶1414纤维为包络原料，石墨烯纤维为纱芯，且芳纶1414纤维为100D，石墨烯纤维为200D。
进一步的，所述复合材料为双丝芯。
进一步的，所述石墨烯纤维为石墨烯与XNTs复合物。
一种芳纶1414纤维复合材料制备方法，包括如下步骤：
A. 石墨烯纤维送丝
将石墨烯纤维置于退绕架上，再在气动柔性张力退绕器的作用下，石墨烯纤维以卷绕的方向退绕10圈，退绕后的石墨烯纤维，再经过气动送丝嘴，进入转杯；
B. 芳纶1414纤维送丝
存放于去油桶内的芳纶1414纤维，依次经过喇叭口、喂给板和喂给罗拉，并在喂给罗拉的牵引下，芳纶1414纤维进入分梳装置，在分梳装置内经过梳理、除杂后，再经过隔离盘中的活络通道进入转杯；
C. 转杯纺纱法包络
在转杯内，芳纶1414纤维由于转杯离心力的作用，芳纶1414纤维按一定规律均匀包络在处于中心的石墨烯纤维外表面上，形成鞘部，芳纶1414纤维再经阻捻器和定捻器作用而紧密地包络在石墨烯纤维形成的纱芯上，得复合材料；
D. 复合材料出纱处理
将步骤C中得到包络后的复合材料通过引纱管，再依次经过电子清纱器和断纱传感器处理，同时在引纱罗拉和引纱轴的牵引下，又经过导丝嘴导引芯鞘型复合纱，经绕取罗拉，将复合材料绕卷成纱筒，最后，包装成产品。
进一步的，在步骤A中，石墨烯纤维的退绕速度与步骤D中的出纱速度一致。
进一步的，在步骤D中，所述出纱速度75米/分钟。
进一步的，在步骤B中，所述分梳装置的分梳速度7000转/分钟。
进一步的，在步骤C中，所述转杯速度7万转/分钟。
制备方法的成纱范围为50支。
实施例3
一种芳纶1414纤维复合材料，由芳纶1414纤维和石墨烯纤维包络而成，其中，芳纶1414纤维为包络原料，石墨烯纤维为纱芯，且芳纶1414纤维为100D，石墨烯纤维为150D。
进一步的，所述复合材料为双丝芯。
进一步的，所述石墨烯纤维为石墨烯与XNTs复合物。
一种芳纶1414纤维复合材料制备方法，包括如下步骤：
A. 石墨烯纤维送丝
将石墨烯纤维置于退绕架上，再在气动柔性张力退绕器的作用下，石墨烯纤维以卷绕的方向退绕9圈，退绕后的石墨烯纤维，再经过气动送丝嘴，进入转杯；
B. 芳纶1414纤维送丝
存放于去油桶内的芳纶1414纤维，依次经过喇叭口、喂给板和喂给罗拉，并在喂给罗拉的牵引下，芳纶1414纤维进入分梳装置，在分梳装置内经过梳理、除杂后，再经过隔离盘中的活络通道进入转杯；
C. 转杯纺纱法包络
在转杯内，芳纶1414纤维由于转杯离心力的作用，芳纶1414纤维按一定规律均匀包络在处于中心的石墨烯纤维外表面上，形成鞘部，芳纶1414纤维再经阻捻器和定捻器作用而紧密地包络在石墨烯纤维形成的纱芯上，得复合材料；
D. 复合材料出纱处理
将步骤C中得到包络后的复合材料通过引纱管，再依次经过电子清纱器和断纱传感器处理，同时在引纱罗拉和引纱轴的牵引下，又经过导丝嘴导引芯鞘型复合纱，经绕取罗拉，将复合材料绕卷成纱筒，最后，包装成产品。
进一步的，在步骤A中，石墨烯纤维的退绕速度与步骤D中的出纱速度一致。
进一步的，在步骤D中，所述出纱速度60米/分钟。
进一步的，在步骤B中，所述分梳装置的分梳速度6500转/分钟。
进一步的，在步骤C中，所述转杯速度6.5万转/分钟。
制备方法的成纱范围为45支。
Claims (9)
1.一种芳纶1414纤维复合材料，其特征在于，由芳纶1414纤维和石墨烯纤维包络而成，其中，芳纶1414纤维为包络原料，石墨烯纤维为纱芯，且芳纶1414纤维为100D，石墨烯纤维为120-200D。
2.根据权利要求1所述的芳纶1414纤维复合材料，其特征在于，所述复合材料为单丝芯或双丝芯。
3.根据权利要求1所述的芳纶1414纤维复合材料，其特征在于，所述石墨烯纤维为石墨烯与XNTs复合物。
4.一种根据权利要求1-3中任意一项所述的芳纶1414纤维复合材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A. 石墨烯纤维送丝
将石墨烯纤维置于退绕架上，再在气动柔性张力退绕器的作用下，石墨烯纤维以卷绕的方向退绕7-10圈，退绕后的石墨烯纤维，再经过气动送丝嘴，进入转杯；
B. 芳纶1414纤维送丝
存放于去油桶内的芳纶1414纤维，依次经过喇叭口、喂给板和喂给罗拉，并在喂给罗拉的牵引下，芳纶1414纤维进入分梳装置，在分梳装置内经过梳理、除杂后，再经过隔离盘中的活络通道进入转杯；
C. 转杯纺纱法包络
在转杯内，芳纶1414纤维由于转杯离心力的作用，芳纶1414纤维按一定规律均匀包络在处于中心的石墨烯纤维外表面上，形成鞘部，芳纶1414纤维再经阻捻器和定捻器作用而紧密地包络在石墨烯纤维形成的纱芯上，得复合材料；
D. 复合材料出纱处理
将步骤C中得到包络后的复合材料通过引纱管，再依次经过电子清纱器和断纱传感器处理，同时在引纱罗拉和引纱轴的牵引下，又经过导丝嘴导引芯鞘型复合纱，经绕取罗拉，将复合材料绕卷成纱筒，最后，包装成产品。
5.根据权利要求4所述的芳纶1414纤维复合材料制备方法，其特征在于，在步骤A中，石墨烯纤维的退绕速度与步骤D中的出纱速度一致。
6.根据权利要求4所述的芳纶1414纤维复合材料制备方法，其特征在于，在步骤D中，所述出纱速度50-75米/分钟。
7.根据权利要求4所述的芳纶1414纤维复合材料制备方法，其特征在于，在步骤B中，所述分梳装置的分梳速度6000-7000转/分钟。
8.根据权利要求4所述的芳纶1414纤维复合材料制备方法，其特征在于，在步骤C中，所述转杯速度6-7万转/分钟。
9.根据权利要求4所述的芳纶1414纤维复合材料制备方法，其特征在于，制备方法的成纱范围为40-50支。
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