CN108431312B - 加捻纱线丶开纤纱线丶碳纤维包芯纱及其制备方法 - Google Patents

加捻纱线丶开纤纱线丶碳纤维包芯纱及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及由裁断碳纤维树脂胶带(F2)所得的碳纤维丝制成的加捻纱线(P)丶将包覆线材(C)S捻与Z捻在加捻纱线(P)外周的开纤纱线丶芯材外周包覆加捻纱线的碳纤维包芯纱及其制备方法。

Description

加捻纱线丶开纤纱线丶碳纤维包芯纱及其制备方法
技术领域
本发明涉及由裁断碳纤维树脂胶带所得的碳纤维丝制成的加捻纱线、将包覆线材S捻与Z捻在加捻纱线外周的开纤纱线、芯材外周包覆加捻纱线的碳纤维包芯纱及其制备方法。
背景技术
碳纤维包含1K到64K的多种种类，根据不同用途选择使用不同种类的碳纤维。例如12K代表一束碳纤维含12000根碳纤维丝。本申请人另外的专利申请文件WO2016/068210(PCT/JP2015/080450)中公开了通过开纤机将这些碳纤维束开纤后制成树脂胶带的方法。
所述碳纤维树脂胶带具备高抗拉强度丶轻量与强韧等优点，与双面胶等并用后应用于多种产品上。本发明者尝试将所述碳纤维树脂胶带应用于需要高强度的线上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利申请文件WO2016/068210。
发明内容
本发明要解决的技术问题
经过申请人反复的尝试，开发出一种可弯曲丶具备高抗拉强度并且具有多种用途的开纤纱线及其加捻纱线或是开纤纱线的制备方法。所述方法是通过将包覆线材S捻与Z捻在由裁断碳纤维树脂胶带所得的多个碳纤维树脂制成的加捻纱线和由碳纤维胶带制成的加捻纱线上。
本发明解决技术问题的方法
本发明其中一个实施形态是由裁断碳纤维树脂胶带所得的碳纤维树脂制成的加捻纱线与将包覆线材S捻与Z捻在所述加捻纱线外周的开纤纱线。具体地说就是关于加捻纱线与将包覆线材S捻与Z捻在加捻纱线外周的开纤纱线。
本发明其他的实施形态则是将由裁断碳纤维树脂胶带所得的碳纤维丝包覆芯材的碳纤维包芯纱。
本发明的一种开纤纱的制备方法，按照如下步骤进行: 步骤一将包含多根碳纤维丝的碳纤维束浸泡在带有负值氧化还原电位的还原水中，再将所述碳纤维束摊平。步骤二将所述碳纤维束浸泡在含有粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾或是含有粘合剂丶铝溶胶和苯甲酰的粘合溶液中。步骤三将所述碳纤维束干燥后制成碳纤维树脂胶带。步骤四将裁断碳纤维树脂胶带所得的多个碳纤维树脂捻成加捻纱线，捻线次数是15-80次/米。步骤五将包覆线材S捻与Z捻在所述加捻纱线上。
本发明的一种碳纤维包芯纱的制备方法，按照如下步骤进行:步骤一将包含多根碳纤维丝的碳纤维束浸泡在带有负值氧化还原电位的还原水中，再将所述碳纤维束摊平。步骤二将所述碳纤维束浸泡在含有粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾或是含有粘合剂丶铝溶胶和苯甲酰的粘合溶液中。步骤三将所述碳纤维束干燥后制成碳纤维树脂胶带。步骤四将裁断碳纤维树脂胶带所得的多个碳纤维树脂捻成加捻纱线，捻线次数是15-80次/米。步骤五将两条由裁断碳纤维树脂胶带所得的加捻纱线分别S捻与Z捻在芯材的外周。
本发明的一种树脂涂层线材的制备方法，按照如下方法进行:裁断开纤纱线或碳纤维包芯纱，再将裁断后的开纤纱线或碳纤维包芯纱与树脂复合后通过喷嘴将其喷出制成树脂涂层线材。
本发明的效果
本发明的实施形态之一是一种可弯曲丶具备高抗拉强度并且具有多种用途的加捻纱线(由裁断碳纤维树脂胶带所得的多个碳纤维树脂制成)与开纤纱线(将包覆线材S捻与Z捻在所述加捻纱线后制成)。
其他实施形态则是一种轻量且强度是不锈钢的四倍的加捻纱线，所述加捻纱线是由将裁断碳纤维树脂胶带所得的多个碳纤维树脂捻成的加捻纱线包覆在线的芯材上制成的碳纤维包芯纱中所得的。
本发明的包覆线材的材料可从尼龙纤维丶聚四氟乙烯丶芳香族聚酰胺纤维丶不锈钢材或INCONEL(注册商标)线材之中选用一种以上。
本发明中包覆由裁断碳纤维树脂胶带所得的多个碳纤维树脂的芯材的线可以使用凯芙拉(注册商标)丶特富龙(注册商标)丶芳香族聚酰胺纤维或Toughclaist(注册商标)等。
如本发明中由碳纤维树脂胶带所得的加捻纱线的制备方法所述，因为在碳纤维的表面与空隙间有干燥的粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾，因此由步骤一至三制成的碳纤维树脂胶带在使用粘合剂时粘合力会增强。而多个碳纤维树脂胶带即使通过粘合剂积层后形成三维形状，也不必对其施加高度的压力；即使加热也只需以100°C以下的温度就能获得很高的粘合力。
由步骤三制成的碳纤维树脂胶带，通过步骤四进行裁断，将裁断后所得的多个碳纤维树脂以15-80次/米的次数捻成加捻纱线。此加捻纱线相当强韧且可以应用于多种不同的用途。
将本发明步骤四制成的加捻纱线，通过步骤五将两条包覆线材分别S捻与Z捻在所述加捻纱线外周。
通过步骤五以两条包覆线材缠绕，制造出具有耐弯曲与高抗拉强度特性的开纤纱线。
本发明的一种开纤纱线的制备方法，通过将包覆线材以4mm-6mm的间隔缠绕在加捻纱线上以制造出更耐弯曲的线材。
本发明通过将裁断碳纤维树脂胶带所得的多个碳纤维树脂捻成的加捻纱线包覆在线的芯材上制造出比现有线材具备更高强度的碳纤维包芯纱。
本发明通过将低熔点热塑性塑料涂覆在加捻纱线的外周表面，使构成加捻纱线的碳纤维树脂之间的结合力向上提升。
本发明通过将低熔点热塑性塑料涂覆在开纤纱线的外周表面(详细地说，是包覆线材的外周表面)，除了提升构成加捻纱线的碳纤维树脂之间的结合力，也提高加捻纱线与包覆线材之间的结合力。
本发明通过将低熔点热塑性塑料涂覆在碳纤维包芯纱的外周表面(详细地说，是包覆在碳纤维包芯纱的碳纤维树脂层的外周表面)，使碳纤维树脂间的结合力向上提升。
而以所述加捻纱线丶开纤纱线和碳纤维包芯纱制成的纺织物在加热后，包覆的低熔点热塑性塑料会熔化并互相结合。如此，可以更容易制造出线材与塑料一体化的纺织品。
加捻纱线丶开纤纱线和碳纤维包芯纱的低熔点热塑性塑料的涂层工艺可以通过使低熔点热塑性塑料与所述线材的外周面接触的同时，由喷嘴将所述低熔点热塑性塑料与上述线材喷出的方法进行。如此就能在增强加捻纱线丶开纤纱线和碳纤维包芯纱的强度的同时持续进行低熔点热塑性塑料的涂层工艺。
附图说明
图1为关于本发明第一实施形态，用来制造碳纤维树脂胶带的制造装置的概略说明图；
图2为关于为辅助开纤工艺所采用的组件的示意图；
图3为关于本发明第一实施形态，碳纤维束的形态变化的示意图；
图4为关于本发明第一实施形态，碳纤维树脂胶带的开纤工艺的示意图；
图5为关于本发明第二实施形态，以低熔点热塑性塑料涂覆后的开纤纱线的构造示意图。(a)开纤纱线的纵断面图，(b)开纤纱线的横断面图；
图6为关于本发明第二实施形态，用来制造具有低熔点热塑性塑料涂层的开纤纱线的装置的示意图；
图7为关于本发明第三实施形态，以低熔点热塑性塑料涂覆后的加捻纱线的构造示意图。(a)加捻纱线的纵断面图，(b)加捻纱线的横断面图；
图8为关于本发明第四实施形态，以低熔点热塑性塑料涂覆后的碳纤维包芯纱的构造示意图。(a)碳纤维包芯纱的纵断面图，(b)碳纤维包芯纱的横断面图。
具体实施方式
<第一实施形态>
以下是关于第一实施形态的说明，其中包括一种由裁断碳纤维树脂胶带所得的多个碳纤维树脂制成的加捻纱线;一种将包覆线材S捻与Z捻在加捻纱线外周制成的开纤纱线与所述两种线材的制备方法;一种将所述加捻纱线缠绕在其他实施形态的芯材的线材上制成的碳纤维包芯纱。
本发明所使用的碳纤维树脂胶带是通过本申请人另外的专利申请文件WO2016/068210(PCT/JP2015/080450)中所公开的方法制成的。将所述碳纤维树脂胶带裁断后所得的多个碳纤维树脂捻成加捻纱线。
包覆线材的材料可从尼龙6或尼龙66等尼龙纤维丶聚四氟乙烯丶芳香族聚酰胺纤维丶SUS316等不锈钢材或INCONEL(注册商标)线材之中选用一种以上。INCONEL是一种以镍为主体的合金，其中包含铬丶铁丶碳等其他成分，此合金因为耐热抗锈的特性常用于加工或铸造等许多用途上。
包覆线材可以根据开纤纱线的使用条件丶温度丶耐药品性丶压力丶绕线次数的不同任意选用不同材料。
包覆线材的直径以0.03-0.12mm为佳，无机物或有机物制成的线材的直径优选为0.03mm，金属制的线材直径优选为0.08mm。
将包覆线材S捻与Z捻(形成一个X型)在裁断碳纤维树脂胶带所得的加捻纱线上使其更耐弯曲。
此时使S捻与Z捻的包覆线材呈X型相交，X型相交点之间距离相等，间距以4mm-6mm为佳。
4mm以下造成材料的浪费，重量与价格也随之提高。反之6mm以上则会造成线材本身不稳定，在180度弯曲时发生变形。
开纤纱线的直径以0.15mm-2.5mm为佳。
本发明其他的实施形态则是将裁断碳纤维树脂胶带所得的碳纤维树脂包覆在芯材的线材上制成的碳纤维包芯纱。
包覆方法可以是单捻丶双捻丶S捻丶Z捻，或是以45度或60度斜捻。
可以在芯材之中加入碳纤维或树脂增加其强度，也可以涂上抗红外线剂等使其成为具有各种抗性的线材。
用于本实施形态的开纤纱线的碳纤维树脂胶带的制备方法按照如下步骤进行:步骤一将包含多根碳纤维丝的碳纤维束浸泡在带有负值氧化还原电位的还原水中，再将所述碳纤维束摊平。步骤二将所述碳纤维束浸泡在含有粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾的粘合溶液中。步骤三对所述碳纤维束实施干燥工艺。
本实施形态将干燥过后的含多根碳纤维丝的碳纤维束称为碳纤维树脂胶带。
步骤四将裁断碳纤维树脂胶带所得的多个碳纤维树脂捻成加捻纱线，捻线次数是15-80次/米。再通过步骤五将两条包覆线材分别S捻与Z捻在加捻纱线外周制成开纤纱线。
图1示出用来制造本发明的碳纤维树脂胶带的制造装置。碳纤维树脂胶带制造装置设有送出碳纤维束F1的送线滚轮1与卷取制成的碳纤维树脂胶带F2的绕线滚轮8。碳纤维树脂胶带制造装置在送线滚轮1与绕线滚轮8之间设有让碳纤维束F1按序浸泡的第一槽2与第二槽6，在第二槽6与绕线滚轮8之间设有使碳纤维束F1干燥的干燥装置7。此外，碳纤维树脂胶带制造装置在送线滚轮1与绕线滚轮8之间适当地设有送出碳纤维束F1的滚轮。
第一槽2存有带有负值氧化还原电位的还原水，第二槽6存有含有粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾的粘合溶液。
以下说明是关于制造本实施形态的碳纤维树脂胶带的各步骤。<步骤一>如图1所示，碳纤维束F1经由送线滚轮1连续送出后，在第一槽2之中浸泡一定时间。举例来说，碳纤维束F1可使用3K(也就是三千根无捻碳纤维)丶6K(六千根)丶12K(一万两千根)的无捻碳纤维。碳纤维可以使用腈纶纤维或沥青纤维。
本发明的第一槽2中的水为带有负值氧化还原电位的还原水。
一般水带有正值氧化还原电位(自来水约为+400-+600mV)，还原水带有负值氧化还原电位，水分子簇较小，因此有较强的渗透力。
将碳纤维束F1浸泡在所述还原水中，使其在不使用超音波等系统外力的状态下自然摊开。
本发明中所用的还原水的氧化还原电位以-800mV以下为佳。通过使用此种还原水，能让构成碳纤维束F1的碳纤维在短时间内确实摊开摊平，以获得带状且摊平的碳纤维束。此外，带状且摊平的碳纤维束也不容易变回原本的形状。
制造本发明中所用的还原水的方法并无特别限制，以下示例说明。
<1.气泡法>
通过使氮气丶氩气丶氢气起气泡降低水中氧气浓度，从而降低氧化还原电位。
<2.添加联氨的方法>
通过添加联氨降低水中氧气浓度，从而降低氧化还原电位。
<3.电解法>
(a) 外施正负峰值和/或占空比不对称的高频电压进行水的电解，从而降低氧化还原电位；
(b) 以一个接地电极(阴极)和2个由铂和钛构成且阴阳极会互相变化的特殊形状电极(菱形网状电极或六角形网状电极)构成的电极，再外施高频电压进行水的电解，从而降低氧化还原电位。
本发明优选所述方法3(b)制成的还原水。
这是因为3(b)方法制成的还原水比起其他方法更容易且确实降低氧化还原电位(-800mV以下)，且更能长时间维持负值的氧化还原电位。
本发明将碳纤维束F1浸泡于所述还原水中，使其在不使用超音波等系统外力的状态下自然摊开(开纤)。为了辅助此开纤工艺，可采用图2所示的组件。
图2(a)所示为，支持并运送在第一槽2中的碳纤维束F1的两个运送滚轮之中，第二个滚轮31负责开纤工艺。
具体地说，第二个滚轮31的断面(沿着旋转轴的断面)形状如图中箭头所示，呈现两侧向中央隆起的形状，从而让纤维更容易沿着滚轮31的表面摊开。
图2(b)所示为，通过在第一槽2之中装设三个以上的滚轮(图中为三个)，达到使碳纤维束F1弯曲并同时运送所述碳纤维束的效果。第二个之后的滚轮(图中第二个滚轮为滚轮32)负责开纤工艺。
具体地说，滚轮32的断面形状采用与图2(a)中所示的相同的形状，从而让纤维更容易沿着滚轮32的表面摊开。
图2(c)所示为，在第一槽2之中负责支持且运送碳纤维束F1的运送滚轮3之间装设平板4，通过平板4运送碳纤维束F1，从而让纤维更容易摊平。
图2(d)所示为，在第一槽2之中负责支持且运送碳纤维束F1的运送滚轮3装设平皮带5，通过平皮带5运送碳纤维束F1，从而让纤维更容易摊平。
<步骤二>
通过浸泡第一槽2中的还原水后摊平的碳纤维(开纤纤维束)在被送出第一槽2之后，将持续被送入第二槽6之内。
第二槽6之中存有含有粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾的粘合溶液。将通过浸泡还原水后得到的开纤纤维束浸泡在第二槽6之中的粘合剂溶液中。
苯甲酰可以代替本发明中所使用的过硫酸钾，以下是关于使用过硫酸钾的说明，使用苯甲酰所得到的效果是相同的。
使用含有亲水基的粘合剂，优选为洗衣浆等水溶性浆料丶PVA(聚乙烯醇)丶PTFE分散液丶纳米石墨分散液丶二元醇丶水溶性粘土分散液丶淀粉浆丶氨基甲酸酯分散液丶硅树脂分散液丶RFL分散液丶环氧树脂分散液丶酰亚胺分散液丶含有OH－基和有机或无机材料的分散液。
粘合剂的浓度若低于所定的范围，可能造成已经摊平的碳纤维束F1变回原状。而粘合剂的浓度若高于所定的范围，会造成粘合剂难以渗透进碳纤维束F1之中。
使用PVA作为粘合剂时，浓度优选为0.5-30wt%。
铝溶胶的浓度优选为0.5-16.7wt%。铝溶胶的浓度若低于所述范围，可能会降低碳纤维树脂胶带的粘合力。而铝溶胶的浓度即使高于所述范围，碳纤维树脂胶带的粘合力也难以再提高。
此外，PVA与铝溶胶的浓度比优选为3:1。过硫酸钾的浓度优选为0.5-10wt%。
铝溶胶的形状可以是板状丶柱状丶纤维状丶六角板状。
此外，当铝溶胶为纤维状时，氧化铝纤维是氧化铝的纤维状结晶。具体的例子有，由氧化铝的无水物形成的氧化铝纤维丶由氧化铝形成且含有水合物的氧化铝水合物纤维等。
氧化铝纤维的晶系包含无定型丶勃姆石丶拟勃姆石，但并无特别限制。勃姆石在此是化学式为Al2O3．nH2O的氧化铝水合物的结晶。氧化铝纤维的晶系可以依据下述水解性铝化合物的种类与其水解条件或解胶条件的不同做调整。氧化铝纤维的晶系可以通过X射线衍射装置(例如MAC Science 公司制造的「Mac. MXP － 18」)进行确认。
通过将开纤纤维束浸泡在含有粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾的溶液之中，含有粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾的溶液将会渗透到扩大的纤维之间的间隔。
图3为到目前为止的步骤的示意图，将含有多个碳纤维的碳纤维束F1浸泡在还原水后，碳纤维F3摊平摊开后形成开纤纤维束H，再通过将开纤纤维束H浸泡在含有粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾的溶液之中，使粘合剂S丶铝溶胶A和过硫酸钾B渗透到碳纤维F3之间。
本发明中通过使用所述还原水作为粘合剂的溶剂，从而提升粘合剂的渗透力。
此外，本发明中针对通过浸泡还原水而摊平的碳纤维(开纤纤维束)，也可以不装设第二槽6，改采用含有粘合剂的液体对其进行雾状喷洒。
<步骤三>
将通过浸泡含有粘合剂和铝溶胶的溶液而摊开的碳纤维束F1从第二槽6中取出后送往干燥装置7实施干燥工艺。
干燥装置7的种类并无特别限制，热风加热器丶温风加热器丶远红外线加热器皆可。然而，本发明的制备方法中，装设干燥装置7并非必要，也可以采用自然干燥。
另外，在步骤三后可以将碳纤维树脂胶带F2再次水洗，并去除多余的粘合剂再使其干燥。如此可以去除多余成分，保留必要的OH－从而提高剥离强度。
通过使浸泡在含有粘合剂的溶液的碳纤维束F1干燥，可以使渗透到扩大的纤维间隔之间的粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾固化。
在纤维已经摊平摊开的状态下再使用粘合剂加强结构所得到的碳纤维树脂胶带F2不会随时间变回原形，且具有很高的机械强度。
碳纤维树脂胶带F2经过干燥装置7使其粘合剂固化，再经过绕线滚轮8卷取后，碳纤维树脂胶带F2的制造便完成了。
如以上所述，使用本发明的方法可以使纤维在不使用超音波等系统外力的状态下摊平，再将其制成碳纤维树脂胶带。
然而，本发明中未必需要将系统外力完全排除，而可以将所述方法与让系统外力发挥作用的现有方法并用。
例如可以在所述第一槽2中装设超音波发射装置，对浸泡在还原水中的碳纤维束F1发出超音波。
在这种情况下，由于还原水的开纤作用，即使降低超音波的输出功率也能充分完成开纤。因此能够在防止纤维损伤的同时，有效率地制造充分摊开的带状开纤纤维束。
<步骤四>
裁断由上述步骤三制造的碳纤维树脂胶带F2。
裁断机等进行一次以上的裁断工艺，并将碳纤维树脂胶带F2以任意长宽裁断。
裁断后所得的多个碳纤维树脂再经由捻线机等捻成加捻纱线P，捻线次数以15-80次/米为佳。
<步骤五>
将两条包覆线材C缠绕在由上述步骤四捻成的加捻纱线P的外周。
此时两条包覆线材C分别以S捻和Z捻等间隔缠绕，从而形成X型 (参考图4(i)) 。
此时间隔若在4mm以下将造成材料的浪费，重量与价格也随之提高。反之间隔在6mm以上会造成线材本身不稳定，在180度弯曲时发生变形，因此缠绕时所取间隔需为4mm-6mm。
<步骤五′>
上述步骤五以步骤四捻成的加捻纱线作为芯材，以一般线材作为包覆线材，然而也能够以一般线材作为芯材，以步骤四捻成的加捻纱线作为包覆线材制造碳纤维包芯纱。
裁断由步骤五制成的开纤纱线或由步骤五′制成的碳纤维包芯纱，再将裁断后的开纤纱线或碳纤维包芯纱与树脂复合后，通过喷嘴将其喷出制成树脂涂层线材。
<实施例1>
一种12K的碳纤维树脂胶带的制备方法，按照如下步骤进行:步骤一将具有12K碳纤维的碳纤维束浸泡在带有负值氧化还原电位的还原水中，再将所述碳纤维束摊平。步骤二将所述碳纤维束浸泡在含有粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾的粘合溶液中。步骤三将所述碳纤维束干燥后制成碳纤维树脂胶带。
一种开纤纱线的制备方法，按照如下步骤进行:将裁断12K碳纤维树脂胶带所得的6K碳纤维树脂捻成加捻纱线，捻线次数是15-80次/米，再将两条包覆线材分别S捻与Z捻在所述加捻纱线上。
<实施例2>
一种12K的碳纤维树脂胶带的制备方法，按照如下步骤进行:步骤一将具有12K碳纤维的碳纤维束浸泡在带有负值氧化还原电位的还原水中，再将所述碳纤维束摊平。步骤二将所述碳纤维束浸泡在含有粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾的粘合溶液中。步骤三将所述碳纤维束干燥后制成碳纤维树脂胶带。
一种开纤纱线的制备方法，按照如下方法进行:将裁断12K碳纤维树脂胶带所得的6K碳纤维树脂再次裁断后得到3K碳纤维树脂，再将3K碳纤维树脂胶带捻成加捻纱线，捻线次数是15-80次/米，再将两条包覆线材分别S捻与Z捻在所述加捻纱线上。
<实施例3>
一种12K的碳纤维树脂胶带的制备方法，按照如下步骤进行:步骤一将具有12K碳纤维的碳纤维束浸泡在带有负值氧化还原电位的还原水中，再将所述碳纤维束摊平。步骤二将所述碳纤维束浸泡在含有粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾的粘合溶液中。步骤三将所述碳纤维束干燥后制成碳纤维树脂胶带。
一种碳纤维包芯纱的制备方法，按照如下方法进行:将裁断12K碳纤维树脂胶带所得的6K碳纤维树脂捻成加捻纱线，捻线次数是15-80次/米，以芳香族聚酰胺纤维作为芯材，再将两条包覆线材分别S捻与Z捻在所述加捻纱线上。
通过上述实施例制成的开纤纱线与碳纤维包芯纱比起以玻璃或陶瓷作为芯材的制品更轻量且强度也是不锈钢的四倍。
<第二实施形态>
以下是以图5作为辅助，关于本发明第二实施形态的以低熔点热塑性塑料涂覆后的开纤纱线的说明。
图5(a)丶(b)所示的开纤纱线的构成包括裁断碳纤维树脂胶带所得的多个碳纤维树脂捻成的加捻纱线P丶以S捻与Z捻缠绕在加捻纱线P外周的包覆线材C丶涂在包覆线材CS捻与Z捻后形成的外周面上的低熔点热塑性塑料R。
在制造这样的开纤纱线时，首先采用与上述第一实施形态中的开纤纱线相同的制备方法，也就是步骤一到步骤五。
步骤一将具有12K碳纤维的碳纤维束浸泡在带有负值氧化还原电位的还原水中，再将所述碳纤维束摊平。
步骤二将所述碳纤维束浸泡在含有粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾或是含有粘合剂丶铝溶胶和苯甲酰的粘合溶液中。
步骤三将所述碳纤维束干燥后制成碳纤维树脂胶带。
步骤四将裁断碳纤维树脂胶带所得的多个碳纤维树脂捻成加捻纱线P，捻线次数是15-80次/米。
步骤五将两条包覆线材C分别S捻与Z捻在由碳纤维树脂胶带制成的加捻纱线P的外周。
在上述步骤五后，通过将低熔点热塑性塑料R涂覆在由包覆线材CS捻与Z捻后形成的外周面上，即可制成图5(a)丶(b)所示的开纤纱线。
用于此开纤纱线的纱线能够以和所述第一实施形态的加捻纱线相同的方法制成，也就是裁断开纤后的碳纤维树脂胶带(以下称开纤碳纤维树脂胶带)后，再将任意宽度的胶带捻制成纱线。此外，纱线P的制备方法如下:在不裁断含有3K(三千根)丶6K(六千根)或12K(一万两千根)无捻碳纤维的开纤碳纤维树脂胶带的状态下，直接由所述开纤碳纤维树脂胶带捻制而成。
用于制造纱线的开纤碳纤维树脂胶带使用的材料与所述第一实施形态中的碳纤维树脂胶带相同，两者皆是使用3K-24K(三千至两万四千根)的小丝束(regular tow或R/T)，然而也可以使用K值大于24K(例如48K丶64K)的大丝束(large tow或L/T)。
通过捻线机进行50-60次/米的捻线次数，可以将这种树脂胶带制成纱线P。
将直径20-50微米的尼龙6丶12丶66制成的包覆线材以S捻与Z捻缠绕加捻纱线P(所述步骤五)。经此步骤所得的开纤纱线的特征为加捻纱线P的外周面是由包覆线材C形成的堆积层。
包覆线材C使用的材料与所述第一实施形态相同，两者皆是以直径20-50微米的尼龙6丶12丶66线作为包覆线材。
将与包覆线材相同材质（例如尼龙6丶12丶66）的树脂等低熔点热塑性塑料R以相同的厚度(3-10微米)平均地涂在（涂层）所述开纤纱线的外周面(也就是由包覆线材C形成的堆积层的外周面)。
低熔点热塑性塑料R指的是一种熔点与包覆线材相同或以下(例如90℃-290℃)的热塑性塑料。
尼龙6丶12丶66等尼龙纤维或ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)树脂丶PET (Polyethylene terephthalate)材料丶PC(Polypropylene)材料丶RFL树脂(经间苯二酚一甲醛一胶乳处理的树脂)都可以作为低熔点热塑性塑料R使用。
第二实施形态通过将低熔点热塑性塑料涂覆在开纤纱线的外周表面(详细地说，是包覆线材的外周表面)，除了提升构成加捻纱线P的碳纤维树脂之间的结合力，也提高加捻纱线与包覆线材之间的结合力。
再者，以所述开纤纱线制成的纺织物在加热后，包覆开纤纱线的低熔点热塑性塑料会熔化并互相结合。如此，可以更容易制造出线材与塑料一体化的纺织品。
使用现有的方法与装置进行将低熔点热塑性塑料R涂在包覆线材C形成的堆积层的外周面的涂层工艺，例如连续延伸法。
例如图6所示为，通过连续涂层装置进行的涂层工艺，按照如下方法进行:使熔炉E之中熔融状态的低熔点热塑性塑料R与开纤纱线A1的外周面接触的同时，通过喷嘴N将所述开纤纱线A1喷出。
具体地说，开纤纱线A1(图5所示的开纤纱线，其加捻纱线由包覆线材C缠绕)由第一卷线器D1卷取后再被送往熔炉E。熔炉E之中存有通过加热器G加热至150-300°C的熔化的低熔点热塑性塑料R。开纤纱线A1由上方被送往熔炉G内部，并持续以熔化的低熔点热塑性塑料对所述开纤纱线A1的外周面进行涂层工艺，再由设置于熔炉G下方的喷嘴将其喷出。然后，具有低熔点热塑性塑料R涂层的开纤纱线A2将被送往设有冷却风扇与水夹克冷却结构的冷却装置J之中，冷却至15-20°C后低熔点热塑性塑料R便会固化。然后涂层后的开纤纱线A2就会由第二卷线器D2卷取。
如以上所述，将低熔点热塑性塑料R涂在开纤纱线A1上的涂层工艺，能够通过使低熔点热塑性塑料R与开纤纱线A1的外周面接触的同时，由喷嘴N将所述低熔点热塑性塑料R与开纤纱线A1喷出的方法进行。如此，能够在提升涂层后的开纤纱线A2的强度的同时，持续进行低熔点热塑性塑料R的涂层工艺。
<第三实施形态>
所述第二实施形态是一种开纤纱线，其特征为，所述开纤纱线的加捻纱线的外周面由包覆线材C缠绕，所述开纤纱线的外周面则有低熔点热塑性塑料R的涂层。然而本发明却不限于此形态。
也就是说，本发明的第三实施形态的结构如图7(a)丶(b)所示，是将低熔点热塑性塑料R直接涂在加捻纱线P的外周面。
所述加捻纱线P与第一丶二实施形态相同，皆由开纤碳纤维树脂胶带制成。
低熔点热塑性塑料R使用与第二实施形态中相同熔点的热塑性塑料。
制造这样的加捻纱线时，首先采用与第一实施形态的加捻纱线相同的步骤一到四。
步骤一将包含多根碳纤维丝的碳纤维束浸泡在带有负值氧化还原电位的还原水中，再将所述碳纤维束摊平。
步骤二将所述碳纤维束浸泡在含有粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾或是含有粘合剂丶铝溶胶和苯甲酰的粘合溶液中。
步骤三将所述碳纤维束干燥后制成碳纤维树脂胶带。
步骤四将裁断碳纤维树脂胶带所得的多个碳纤维树脂捻成加捻纱线，捻线次数是15-80次/米。
在所述步骤四后，进行将低熔点热塑性塑料R涂在加捻纱线P外周面的涂层工艺。通过上述图6所示的连续涂层装置持续地进行涂层工艺。
如此就能制造出图7(a)丶(b)所示的，具有低熔点热塑性塑料R涂层的加捻纱线。
第三实施形态通过将低熔点热塑性塑料R涂在加捻纱线P的外周面，从而提高构成加捻纱线P的碳纤维树脂间的结合力。
另外，以所述涂层加捻纱线制成的纺织物在加热后，包覆加捻纱线的低熔点热塑性塑料会熔化并互相结合。如此，可以更容易制造出线材与塑料一体化的纺织品。
此外，在第三实施形态中通过如图6所示的连续涂层装置将低熔点热塑性塑料R涂在加捻纱线P上。其方法如下:使低熔点热塑性塑料R与所述加捻纱线P的外周面接触的同时，由喷嘴N将所述低熔点热塑性塑料R与加捻纱线P喷出。如此，能够在提升这些加捻纱线的强度的同时，持续进行所述低熔点热塑性塑料R的涂层工艺。
<第四实施形态>
所述第二丶三实施形态为一种不具有芯材的加捻纱线与开纤纱线，且两者的外周面都以低熔点热塑性塑料进行涂覆，然而本发明并不限于此形态。
本发明的第四实施形态可以是一种如图8(a)丶(b)所示的碳纤维包芯纱，其特征为具有芯材Q并以低熔点热塑性塑料R进行涂覆。
具体地说，图８(a)丶(b)所示的碳纤维包芯纱的构成包括芯材Q丶缠绕在所述芯材Q外周的加捻纱线P丶以S捻与Z捻缠绕在加捻纱线P外周的包覆线材C丶涂在包覆线材CS捻与Z捻后形成的外周面上的低熔点热塑性塑料R。
芯材Q的材料以从有机或无机线材丶不锈钢材丶INCONEL(注册商标)线材之中选用一种以上为佳。选择上述材料能够轻易制造出柔软且具备所需的抗拉强度的碳纤维包芯纱。
使用与所述第一到第三实施形态相同的加捻纱线作为第四实施形态中的加捻纱线P。此外，使用与所述第一到第三实施形态相同的包覆线材作为包覆线材C。另外，使用与所述第一到第三实施形态相同的低熔点热塑性塑料作为低熔点热塑性塑料R。
制造这样的碳纤维包芯纱时，首先采用与第一实施形态的碳纤维包芯纱相同的步骤一到五。
步骤一将包含多根碳纤维丝的碳纤维束浸泡在带有负值氧化还原电位的还原水中，再将所述碳纤维束摊平。
步骤二将所述碳纤维束浸泡在含有粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾的粘合溶液中。
步骤三将所述碳纤维束干燥后制成碳纤维树脂胶带。
步骤四将裁断碳纤维树脂胶带所得的多个碳纤维树脂捻成加捻纱线，捻线次数是15-80次/米。
步骤五将两条由裁断碳纤维树脂胶带所得的加捻纱线分别S捻与Z捻在芯材Q的外周。
图8(a)丶(b)所示的碳纤维包芯纱的制备方法如下:在所述步骤五后，以低熔点热塑性塑料在包覆线材CS捻与Z捻后形成的外周面进行涂覆。
第四实施形态的碳纤维包芯纱如上述，通过将低熔点热塑性塑料R涂在碳纤维包芯纱的外周面，从而在提高构成加捻纱线P的碳纤维树脂间的结合力的同时，也提高加捻纱线P与包覆线材间的结合力。
另外，在第四实施形态中，图8(a)丶(b)所示的例子为含有包覆线材C的碳纤维包芯纱，然而本发明却不限于此形态。本发明可以采用省略包覆线材C的构成，也就是以加捻纱线P缠绕芯材Q的外周，再以低熔点热塑性塑料涂在加捻纱线P形成的外周面上。
此外，以第四实施形态的碳纤维包芯纱制成的纺织物在加热后，包覆碳纤维包芯纱的低熔点热塑性塑料R会熔化并互相结合。如此，可以更容易制造出线材与塑料一体化的纺织品。
本发明中将低熔点热塑性塑料涂覆在加捻纱线丶开纤纱线丶碳纤维包芯纱的方法如下:将低熔点热塑性塑料与所述线材的外周面接触的同时，由喷嘴将所述低熔点热塑性塑料与所述线材喷出。如次就能够在增强这些加捻纱线丶开纤纱线丶碳纤维包芯纱的强度的同时，持续进行所述低熔点热塑性塑料的涂层工艺。
此外，在第四实施形态中通过如图6所示的连续涂层装置将低熔点热塑性塑料R涂在碳纤维包芯纱上。其方法如下:使低熔点热塑性塑料R与所述加捻纱线P的外周面接触的同时，由喷嘴N将所述低熔点热塑性塑料R与碳纤维包芯纱喷出。如此，能够在提升碳纤维包芯纱的强度的同时，持续进行所述低熔点热塑性塑料R的涂层工艺。
实用性
本发明的加捻纱线丶开纤纱线丶碳纤维包芯纱皆具备高抗拉强度与耐弯曲的特性，能够应用于多种用途，例如裁缝线丶针织线丶渔网丶钓线丶抄网丶钓竿的补强和同步带丶V带的补强。
附图符号说明
F1 碳纤维束
F2 碳纤维树脂胶带
A 铝溶胶
B 过硫酸钾
S 粘合剂
P 加捻纱线
C 包覆线材
R 低熔点热塑性塑料
Q 芯材

Claims (7)

1.一种碳纤维包芯纱，其特征在于，是由裁断碳纤维树脂胶带所得的碳纤维树脂捻制而成加捻纱线、并在芯材的外周缠绕所述加捻纱线而成，其中，所述碳纤维树脂胶带包含由多根摊平的碳纤维丝组成的碳纤维束，并且在摊平的碳纤维丝之间含有粘合剂、铝溶胶和过硫酸钾或苯甲酰。
2.根据权利要求1所述的碳纤维包芯纱，其特征在于，在缠绕碳纤维树脂形成的外周面涂覆有低熔点热塑性塑料。
3.根据权利要求1或2所述的碳纤维包芯纱，其特征在于，所述芯材的材料从有机或无机的线材、不锈钢材或INCONEL线材之中选用一种以上。
4.一种权利要求1所述的碳纤维包芯纱的制备方法，其步骤为：
步骤一)将包含多根碳纤维丝的碳纤维束浸泡在带有负值氧化还原电位的还原水中，再将所述碳纤维束摊平；
步骤二)将所述碳纤维束浸泡在含有粘合剂丶铝溶胶和过硫酸钾的粘合溶液中；
步骤三)将所述碳纤维束干燥后制成碳纤维树脂胶带；
步骤四)将裁断碳纤维树脂胶带所得的多个碳纤维树脂捻成加捻纱线，捻线次数是15-80次/米；
步骤五)将两条由裁断碳纤维树脂胶带所得的加捻纱线分别S捻与Z捻在芯材的外周。
5.根据权利要求4所述的碳纤维包芯纱的制备方法，其特征在于，在所述步骤五后，加入以低熔点热塑性塑料在所述加捻纱线S捻与Z捻后形成的外周面进行涂覆的步骤。
6.根据权利要求5所述的碳纤维包芯纱的制备方法，其特征在于，所述涂覆的步骤为，将熔融状态的所述低熔点热塑性塑料与所述碳纤维包芯纱的外周面接触的同时，通过喷嘴将所述碳纤维包芯纱与所述低熔点热塑性塑料喷出。
7.根据权利要求4到6任一项所述的碳纤维包芯纱的制备方法，其特征在于，所述步骤五是将包覆线材以4mm-6mm的等间隔距离在芯材外周进行缠绕。
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