CN109517338B - 一种高模量碳纤维预浸布及制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳纤维技术领域,具体地说是一种高模量碳纤维预浸布及制作工艺,该预浸布的配方由高模量碳纱和黏连碳纱的胶液组成,所述的胶液的配方由双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂组成,该制作工艺的步骤如下:(一)、配胶液;(二)、拉丝;(三)、开纤;(四)、复合,通过四个步骤完成干燥后即形成碳纤维预浸布,具有丝束整齐、厚度均匀、韧性强、超薄等优点。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维技术领域,具体地说是一种丝束整齐、厚度均匀、韧性强、超薄的高模量碳纤维预浸布及制作工艺。
背景技术
众所周知,碳纤维是一种纤维状碳材料,它的强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电,是一种具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料,同时其凭借重量轻、高强度、高模量、导电、导热、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等多种优异性能,已广泛应用于航空航天、体育用品、高铁、新能源汽车、电子产品等领域。
目前,由于市场上销售的碳纤维预浸布由于受成分和工艺的限制,导致生产处的预浸布普遍厚度较大,厚度一般为0.1mm以上,无法应用在电子产品等受体积限制的产品上,因此也限制了碳纤维预浸布产品的应用,如果利用现有的成分和工艺制作的薄的碳纤维预浸布又会存在断丝、丝束不整齐、厚度不均匀、有缝隙的缺陷,在再次加工时又会存在韧性不足发生断裂的风险。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足,提供一种丝束整齐、厚度均匀、韧性强、超薄的高模量碳纤维预浸布及制作工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种高模量碳纤维预浸布,该预浸布的配方由高模量碳纱和黏连碳纱的胶液组成,所述的高模量碳纱和黏连碳纱的胶液的重量份比为高模量碳纱2~5份,胶液1~3份,所述的胶液的配方由双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂组成,所述的双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂的重量份分别为双酚A型环氧树脂80~90份、高纯度固态环氧树脂8~20份、苯酚型酚醛环氧树脂1~8份、增韧剂1~5份、固化剂2~8份和促进剂1~7份。
本发明所述的双酚A型环氧树脂的环氧当量为176~220g/eq,黏度为12000~15000cps/25℃,所述的高纯度固态环氧树脂的环氧当量为450~2500g/eq,所述的苯酚型酚醛环氧树脂的环氧当量为168~190g/eq。
本发明所述的高纯度固态环氧树脂由环氧当量为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂和环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂,其重量份比分别为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂4~9份、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂2~5份、环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂0.5~3份。
本发明所述的胶液中含有增稠剂,增稠剂的重量份为2~6份。
一种高模量碳纤维预浸布的制作工艺,其特征在于该制作工艺的步骤如下:
(一)、配胶液:取双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂,按照重量份分别为双酚A型环氧树脂80~90份、高纯度固态环氧树脂8~20份、苯酚型酚醛环氧树脂1~8份、增韧剂1~5份、固化剂2~8份和促进剂1~7份进行混合,混合均匀后按照每平方米5~15g胶液均匀涂抹在离型纸上;
(二)、拉丝:取高模量碳纱,将高模量碳纱施加0~500N的力进行拉碳丝;
(三)、开纤:将拉好的碳丝进行开纤,开纤形成厚度为3~45微米并排的丝束;
(四)、复合:将步骤(一)中涂抹好胶液的离型纸对称的放置在两个压辊之间,然后将步骤(三)种开纤好的丝束平铺穿过两层涂满胶液的离型纸之间,进行复合,复合完成干燥后即形成厚度为3~45微米的碳纤维预浸布。
本发明所述的步骤(二)中采用的拉力为278~334N的拉力。
本发明由于采用高模量碳纱和黏连碳纱的胶液,并由特殊配方的胶液和制作工艺方法,具有丝束整齐、厚度均匀、韧性强、超薄等优点。
具体实施方式
下面对本发明进一步说明:
一种高模量碳纤维预浸布,该预浸布的配方由高模量碳纱和黏连碳纱的胶液组成,所述的高模量碳纱和黏连碳纱的胶液的重量份比为高模量碳纱2~5份,胶液1~3份,所述的胶液的配方由双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂组成,所述的双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂的重量份分别为双酚A型环氧树脂80~90份、高纯度固态环氧树脂8~20份、苯酚型酚醛环氧树脂1~8份、增韧剂1~5份、固化剂2~8份和促进剂1~7份,所述的双酚A型环氧树脂的环氧当量为176~220g/eq,黏度为12000~15000cps/25℃,所述的高纯度固态环氧树脂的环氧当量为450~2500g/eq,所述的苯酚型酚醛环氧树脂的环氧当量为168~190g/eq,所述的高纯度固态环氧树脂由环氧当量为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂和环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂,其重量份比分别为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂4~9份、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂2~5份、环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂0.5~3份,所述的胶液中含有增稠剂,增稠剂的重量份为2~6份,其制作工艺的步骤如下:(一)、配胶液:取双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂,按照重量份分别为双酚A型环氧树脂80~90份、高纯度固态环氧树脂8~20份、苯酚型酚醛环氧树脂1~8份、增韧剂1~5份、固化剂2~8份和促进剂1~7份进行混合,混合均匀后按照每平方米5~15g胶液均匀涂抹在离型纸上;(二)、拉丝:取高模量碳纱,将高模量碳纱施加0~500N的力进行拉碳丝;(三)、开纤:将拉好的碳丝进行开纤,开纤形成厚度为3~45微米并排的丝束;(四)、复合:将步骤(一)中涂抹好胶液的离型纸对称的放置在两个压辊之间,然后将步骤(三)种开纤好的丝束平铺穿过两层涂满胶液的离型纸之间,进行复合,复合完成干燥后即形成厚度为3~45微米的碳纤维预浸布,所述的步骤(二)中采用的拉力为278~334N的拉力,得到的碳纤维预浸布的树脂含量为44±2%,挥发分<0.3%,数值积分焓变大于95J/g,拉伸模量≥180g/pa,而现有的厚的碳纤维预浸布的树脂含量为44±3%,该树脂含量在±3%的范围内很难突破,挥发分<3%,数值积分焓变为70J/g左右,拉伸模量≥200g/pa,其中厚的碳纤维预浸布的拉伸模量收到其厚度的限制很大,一旦变薄,其拉伸模量特别低,甚至断裂。
上述所述的高模量碳纱为46T、60T、65T、80T以上的碳纱。
下面通过实施例对本发明进行进一步说明:
实施例1
一种高模量碳纤维预浸布,该预浸布的配方由高模量碳纱和黏连碳纱的胶液组成,所述的高模量碳纱和黏连碳纱的胶液的重量份比为高模量碳纱3份,胶液2份,高模量碳纱取46T的碳纱,所述的胶液的配方由双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂组成,所述的双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂的重量份分别为双酚A型环氧树脂84份、高纯度固态环氧树脂12份、苯酚型酚醛环氧树脂3份、增韧剂2份、固化剂6份和促进剂3份,所述的双酚A型环氧树脂的环氧当量为176~220g/eq,黏度为12000~15000cps/25℃,所述的高纯度固态环氧树脂的环氧当量为450~2500g/eq,所述的苯酚型酚醛环氧树脂的环氧当量为168~190g/eq,所述的高纯度固态环氧树脂由环氧当量为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂和环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂,其重量份比分别为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂6份、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂3份、环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂1份,其制作工艺的步骤如下:(一)、配胶液:取双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂,按照重量份分别为双酚A型环氧树脂84份、高纯度固态环氧树脂12份、苯酚型酚醛环氧树脂3份、增韧剂2份、固化剂6份和促进剂3份进行混合,混合均匀后按照每平方米10g胶液均匀涂抹在离型纸上;(二)、拉丝:取高模量碳纱,46T的一束12000根碳丝的碳纱,该碳纱参数厚度为0.38~0.45mm、丝束宽为2mm、厚度为0.2mm,将高模量碳纱施加300的力进行拉碳丝;(三)、开纤:将拉好的碳丝进行开纤,开纤形成厚度为3~45微米并排的丝束;(四)、复合:将步骤(一)中涂抹好胶液的离型纸对称的放置在两个压辊之间,然后将步骤(三)种开纤好的丝束平铺穿过两层涂满胶液的离型纸之间,进行复合,复合完成干燥后即形成厚度为3~45微米的碳纤维预浸布,上述所述的增韧剂采用聚丁二烯橡胶,其环氧当量为200~350g/eq,所述的固化剂为双氰胺(DICY),所述的促进剂采用咪唑,该碳纤维预浸布的树脂含量为44%,挥发分0.2%,数值积分焓变大于100J/g,拉伸模量210g/pa。
实施例2
一种高模量碳纤维预浸布,该预浸布的配方由高模量碳纱和黏连碳纱的胶液组成,所述的高模量碳纱和黏连碳纱的胶液的重量份比为高模量碳纱4份,胶液3份,所述的胶液的配方由双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂组成,所述的双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂的重量份分别为双酚A型环氧树脂80份、高纯度固态环氧树脂8份、苯酚型酚醛环氧树脂1份、增韧剂1份、固化剂2份和促进剂1份,所述的双酚A型环氧树脂的环氧当量为176~220g/eq,黏度为12000~15000cps/25℃,所述的高纯度固态环氧树脂的环氧当量为450~2500g/eq,所述的苯酚型酚醛环氧树脂的环氧当量为168~190g/eq,所述的高纯度固态环氧树脂由环氧当量为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂和环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂,其重量份比分别为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂4份、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂2份、环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂3份,所述的胶液中含有增稠剂,增稠剂的重量份为3份,其制作工艺的步骤如下:(一)、配胶液:取双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂,按照重量份分别为双酚A型环氧树脂80份、高纯度固态环氧树脂8份、苯酚型酚醛环氧树脂1份、增韧剂1份、增稠剂3份、固化剂2份和促进剂1份进行混合,混合均匀后按照每平方米7胶液均匀涂抹在离型纸上;(二)、拉丝:取高模量碳纱,将高模量碳纱施加326N的力进行拉碳丝;(三)、开纤:将拉好的碳丝进行开纤,开纤形成厚度为3~45微米并排的丝束;(四)、复合:将步骤(一)中涂抹好胶液的离型纸对称的放置在两个压辊之间,然后将步骤(三)种开纤好的丝束平铺穿过两层涂满胶液的离型纸之间,进行复合,复合完成干燥后即形成厚度为3~45微米的碳纤维预浸布,得到的碳纤维预浸布碳纤维预浸布的树脂含量为43%,挥发分0.3%,数值积分焓变120J/g,拉伸模量240g/pa。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于双酚A型环氧树脂90份、高纯度固态环氧树脂20份、苯酚型酚醛环氧树脂8份、增韧剂5份、固化剂8份和促进剂7份,其他参数相同,得到的碳纤维预浸布碳纤维预浸布的树脂含量为45%,挥发分0.1%,数值积分焓变150J/g,拉伸模量220g/pa。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于双酚A型环氧树脂90份、高纯度固态环氧树脂20份、苯酚型酚醛环氧树脂8份、增韧剂5份、固化剂8份和促进剂7份,其他参数相同,得到的碳纤维预浸布碳纤维预浸布的树脂含量为45%,挥发分0.1%,数值积分焓变150J/g,拉伸模量220g/pa。
实施例5
本实施例与实施例2的区别在于增韧剂采用聚丁二烯橡胶,其环氧当量为200~350g/eq,所述的固化剂为双氰胺(DICY),所述的促进剂采用咪唑,该碳纤维预浸布的树脂含量为42%,挥发分0.22%,数值积分焓变180J/g,拉伸模量265g/pa。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于高模量碳纱5份,胶液3份,该碳纤维预浸布的树脂含量为46%,挥发分0.16%,数值积分焓变198J/g,拉伸模量300g/pa。
综上所述,得到的碳纤维预浸布的树脂含量为44±2%,突破了国际上树脂含量为44±3%的瓶颈,挥发分<0.3%比国际上的小于3%提高了至少十个数量级,数值积分焓变大于95J/g,而国际上大约为70J/g左右,拉伸模量≥180g/pa,其中厚的碳纤维预浸布的拉伸模量收到其厚度的限制很大,一旦变薄,其拉伸模量特别低,甚至断裂,该技术得到的预浸布中的碳纤维丝束为单向纱线,不存在经纬交错编织,在单向纱线经胶液束缚,具有丝束整齐、厚度均匀、韧性强、超薄等优点,可应用于受体积限制的电子产品。
Claims (2)
1.一种高模量碳纤维预浸布,该预浸布的配方由高模量碳纱和黏连碳纱的胶液组成,所述的高模量碳纱和黏连碳纱的胶液的重量份比为高模量碳纱2~5份,胶液1~3份,所述的胶液的配方由双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂组成,所述的双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂的重量份分别为双酚A型环氧树脂80~90份、高纯度固态环氧树脂8~20份、苯酚型酚醛环氧树脂1~8份、增韧剂1~5份、固化剂2~8份和促进剂1~7份,所述的双酚A型环氧树脂的环氧当量为176~220g/eq,黏度为12000~15000cps/25℃,所述的高纯度固态环氧树脂的环氧当量为450~2500g/eq,所述的苯酚型酚醛环氧树脂的环氧当量为168~190g/eq,所述的高纯度固态环氧树脂由环氧当量为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂和环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂,其重量份比分别为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂4~9份、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂2~5份、环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂0.5~3份,所述的胶液中含有增稠剂,增稠剂的重量份为2~6份,该制作工艺的步骤如下:
(一)、配胶液:取双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂,按照重量份分别为双酚A型环氧树脂80~90份、高纯度固态环氧树脂8~20份、苯酚型酚醛环氧树脂1~8份、增韧剂1~5份、固化剂2~8份和促进剂1~7份进行混合,混合均匀后按照每平方米5~15g胶液均匀涂抹在离型纸上;
(二)、拉丝:取高模量碳纱,将高模量碳纱施加0~500N的力进行拉碳丝;
(三)、开纤:将拉好的碳丝进行开纤,开纤形成厚度为3~45微米并排的丝束;
(四)、复合:将步骤(一)中涂抹好胶液的离型纸对称的放置在两个压辊之间,然后将步骤(三)中 开纤好的丝束平铺穿过两层涂满胶液的离型纸之间,进行复合,复合完成干燥后即形成厚度为3~45微米的碳纤维预浸布。
2.根据权利要求1所述的一种高模量碳纤维预浸布的制作工艺,其特征在于所述的步骤(二)中采用的拉力为278~334N的拉力。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: A high modulus carbon fiber prepreg and its manufacturing process Effective date of registration: 20220629 Granted publication date: 20210406 Pledgee: Postal Savings Bank of China Limited Weihai Branch Pledgor: WEIHAI BAOWEI NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980009444 |