CN113897790A - 一种碳纤维tpu包覆的制作方法及其改性tpu碳纤维纱线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纺织纱线领域，尤其是涉及的是一种碳纤维TPU包覆的制作方法及其改性TPU碳纤维纱线，包括S1：备料，S2：改性，S3：冷却切粒，S4：干燥，S5：包覆，S6：冷却，S7：收卷。本发明通过将TPU材料、钛白粉、硅酸镁盐类矿物滑石族滑石粉、硬脂酰胺与高级醇并用的分散剂、带有环氧基的聚丙烯酸酯树脂、抗氧剂、硬脂酸钡热稳定剂、双(2，2，6，6‑四甲基哌啶基)癸二酸酯光稳定剂制得改性TPU，再将改性TPU包裹于碳纤维的表面制得改性TPU碳纤维纱线，能够防止碳纤维的裸露，以防止碳纤维接触人体，提升碳纤维纱线的断裂强度，增加纺织设备对于碳纤维纱线的可织性，同时改性的TPU可使碳纤维纱线的抗紫外线性能、耐水解性能等化学性能得到提升。
Description
技术领域
本发明涉及纺织纱线技术领域，尤其是涉及的是一种碳纤维TPU包覆的制作方法及其改性TPU碳纤维纱线。
背景技术
碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
但是目前市场上的碳纤维纱线中的碳纤维材料为裸露的，由于碳纤维脆，轴向受力大，而径向受力交差，弯曲易折断不利于纺织用料，并且碳纤维原丝非常纤细，只有头发丝的几十分之一，在生产加工的时候，如果粉尘散布到空气中进入人体，容易对人体造成过敏。
专利CN211171033U公开了一种含碳纤维丝纱线体的混纺纱线，该含碳纤维丝纱线体的混纺纱线，通过将外层设置为具备不同性能的四组线，使该混纺纱线具备优异的弹性、透气、防静电和阻燃性能，但其加工工艺复杂，经济效益并不明显。
发明内容
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及其他说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种碳纤维TPU包覆的制作方法及其改性TPU碳纤维纱线，以解决现有碳纤维纱线中的碳纤维裸露的问题。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种碳纤维TPU包覆的制作方法，包括，
S1：备料，选取如下原料：TPU材料、钛白粉、硅酸镁盐类矿物滑石族滑石粉、分散剂、聚丙烯酸酯树脂、抗氧剂、热稳定剂、光稳定剂；
S2：改性，将S1中所制备的原料放入双螺杆挤出机中，挤出机加热熔融挤出，制得改性TPU，其中，挤出机的加热温度为200-220℃；
S3：冷却切粒，将改性TPU放入冷水槽中进行过水冷却，并切粒，制得改性TPU切片；其中，冷水槽中水的水温为5-15℃；
S4：干燥，将S1中的TPU材料和S3中的改性TPU切片投入干燥筒内进行干燥，其中，干燥温度为90-100℃，干燥时间为2-3小时；
S5：包覆，将干燥好的TPU材料和改性TPU切片投入双螺杆挤出机加热熔融挤出，将碳纤维牵引至挤出机模具上，将TPU材料和改性TPU加热熔融后包裹于碳纤维表面，制得改性TPU碳纤维材料，其中，挤出机的挤出温度为220-240℃，电机转速为10-20rpm，熔压5-7MPA；
S6：冷却，将S5中制得的改性TPU碳纤维材料放入冷水槽中进行过水冷却，其中，冷水槽中水的水温为5-15℃；
S7：收卷，将冷却好的改性TPU碳纤维材料通过收卷设备收卷起来，得到改性TPU碳纤维纱线。
作为进一步的改进，所述S1步骤中选取的原料按照如下质量组份组成：TPU材料95-97份、钛白粉3-5份、硅酸镁盐类矿物滑石族滑石粉3-5份、分散剂3-5份、聚丙烯酸酯树脂3-5份、抗氧剂3-5份、热稳定剂3-5份、光稳定剂3-5份。
作为进一步的改进，所述分散剂由硬脂酰胺与高级醇混合制成。
作为进一步的改进，所述聚丙烯酸酯树脂为带有环氧基的聚丙烯酸酯树脂。
作为进一步的改进，所述热稳定剂为硬脂酸钡热稳定剂。
作为进一步的改进，所述光稳定剂为双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯光稳定剂。
一种改性TPU碳纤维纱线，包括芯层纱线及包覆于芯层纱线外部的皮层，其中芯层纱线和皮层采用上述的碳纤维TPU包覆的制作方法制成改性TPU碳纤维纱线。
作为进一步的改进，所述芯层纱线为碳纤维制成，所述皮层为改性TPU制成。
作为进一步的改进，所述芯层纱线设有若干个，其中每个芯层纱线为平行排列包覆于皮层内。
作为进一步的改进，所述芯层纱线设有若干个，其中每个芯层纱线互相缠绕包覆于皮层内。
通过采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明通过将TPU材料、钛白粉、硅酸镁盐类矿物滑石族滑石粉、硬脂酰胺与高级醇并用的分散剂、带有环氧基的聚丙烯酸酯树脂、抗氧剂、硬脂酸钡热稳定剂、双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯光稳定剂放入挤出机制作制得改性TPU，再通过挤出机将改性TPU包裹于碳纤维的表面制得改性TPU碳纤维纱线，通过改性TPU包裹于碳纤维的表面的作用下，能够防止碳纤维的裸露，以防止碳纤维接触人体，提升碳纤维纱线的断裂强度，增加纺织设备对于碳纤维纱线的可织性，同时改性的TPU可使碳纤维纱线的抗紫外线性能、耐水解性能等化学性能得到提升。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
无疑的，本发明的此类目的与其他目的在下文以多种附图与绘图来描述的较佳实施例细节说明后将变为更加显见。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一个或数个较佳实施例，并配合所示附图，作详细说明如下。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，并且附图是示意性的，并不一定按照实际的比例绘制。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个或数个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据此类附图获得其他的附图。
图1为本发明一种碳纤维TPU包覆的制作方法的制作流程结构示意图；
图2为发明一种改性TPU碳纤维的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。
另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。但注明直接连接则说明连接地两个主体之间并不通过过渡结构构建连接关系，只通过连接结构相连形成一个整体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。
参照图1，本发明一种碳纤维TPU包覆的制作方法的制作流程结构示意图。
本实施例提供了一种碳纤维TPU包覆的制作方法，包括，
S1：备料，选取如下质量组份的原料：TPU材料95-97份、钛白粉3-5份、硅酸镁盐类矿物滑石族滑石粉3-5份、硬脂酰胺与高级醇并用的分散剂3-5份、带有环氧基的聚丙烯酸酯树脂3-5份、抗氧剂3-5份、硬脂酸钡热稳定剂3-5份、双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯光稳定剂3-5份；
S2：改性，将S1中所制备的原料放入双螺杆挤出机中,通过挤出机将原料进行搅拌混合，再通过加热温度为200-220℃的挤出机加热熔融挤出，使原料被均匀的混合形成熔融的状态，制得改性TPU；
S3：冷却切粒，将改性TPU放入冷水槽中进行过水冷却，其中，冷水槽中水的水温为5-15℃，例如，可选择温度为10℃，通过冷水槽冷水的温度能够将改性TPU快速冷却硬化，并切粒，制得改性TPU切片，通过切粒的方式以便于后续的加工；
S4：干燥，将S1中的TPU材料和S3中的改性TPU切片投入干燥筒内进行干燥，其中干燥温度为90-100℃，其中可选择干燥温度为100℃，干燥时间为2-3小时，可选择干燥时间为2小时，通过该干燥步骤，能够将附着于TPU材料和改性TPU的表面的水气和其内部的水分进一步干燥，以免水分过多影响后续的包覆工序；
S5：包覆，将干燥好的TPU材料和改性TPU切片投入双螺杆挤出机加热熔融挤出，其中，挤出温度为220-240℃，例如，可选择挤出温度为230℃，电机转速为10-20rpm，例如，可选择电机转速为15rpm，熔压5-7MPA，例如，可选择熔压为6MPA，将碳纤维牵引至挤出机模具上，将TPU材料和改性TPU加热熔融后包裹于碳纤维表面，制得改性TPU碳纤维材料，通过TPU材料和改性TPU混合包裹于碳纤维表面上，可避免碳纤维处于裸露状态，能够对碳纤维起到保护的作用，同时提高碳纤维的韧性，避免在加工过程中碳纤维断裂或者产生粉尘；
S6：冷却，将S5中制得的改性TPU碳纤维材料放入冷水槽中进行过水冷却，其中，冷水槽中水的水温为5-15℃，例如，可选择温度为10℃，通过该冷却步骤，能够将TPU材料和改性TPU的熔融状态硬化，以使TPU材料和改性TPU能够稳定的固定在碳纤维上；
S7：收卷，将冷却好的改性TPU碳纤维材料通过收卷设备收卷起来，其中收卷的线速度为800mpm，得到改性TPU碳纤维纱线。
参照图1-2，图1为本发明一种碳纤维TPU包覆的制作方法的制作流程结构示意图；图2为发明一种改性TPU碳纤维的结构示意图。
一种改性TPU碳纤维纱线，包括芯层纱线1及包覆于芯层纱线1外部的皮层2，其中芯层纱线1和皮层2采用上述的碳纤维TPU包覆的制作方法制成改性TPU碳纤维纱线；所述芯层纱线1为碳纤维制成，所述皮层2为改性TPU制成；所述芯层纱线1设有若干个，每个芯层纱线1可以为平行排列包覆于皮层2内，也可以互相缠绕包覆于皮层2内，其中相互缠绕的方式，可增加碳纤维的韧性。
物理数据测试对比实验
分别取3000米长度的碳纤维、改性TPU碳纤维、涤纶牵伸丝和棉纶牵伸丝，通过电子单纱强力机(电子单纱强力机的极限拉力值为15kg，即，15CN/dtex)分别对碳纤维、改性TPU碳纤维、涤纶牵伸丝和棉纶牵伸丝进行五次测试实验，针对断裂强度(即，发生断裂时的拉力)和断裂伸长率(即，拉伸至断裂时的伸长长度与拉伸前长度的比值)进行测试，具体实验数据如下表：
由上表的实验数据可知，碳纤维的平均断裂强度为3.73CN/dtex，平均断裂伸长率为1.5；改性TPU碳纤在测试过程中达到电子单纱强力机的极限值时，仍然没有发生断裂，即，由此可知改性TPU碳纤的裂强力为≥15CN/dtex，因此，断裂伸长率没有测试数据；涤纶牵伸丝的平均断裂强度为3.6CN/dtex，平均断裂伸长率为23.8％；棉纶牵伸丝的平均断裂强度为4.5CN/dtex，平均断裂伸长率为38.7％；
由上述的各个平均数据可知，改性TPU碳纤维的断裂强度和断裂伸长率均为最大值，改性TPU碳纤维相比碳纤维相应的断裂强度与断裂伸长率均得到相应的强化。
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的此类特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
说明书中提到的“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
此外，所描述的特征或特性可以任何其他合适的方式结合到一个或多个实施例中。在上面的描述中，提供一些具体的细节，例如厚度、数量等，以提供对本发明的实施例的全面理解。然而，相关领域的技术人员将明白，本发明无需上述一个或多个具体的细节便可实现或者也可采用其他方法、组件、材料等实现。
Claims (10)
1.一种碳纤维TPU包覆的制作方法，其特征在于：包括，
S1：备料，选取如下原料：TPU材料、钛白粉、硅酸镁盐类矿物滑石族滑石粉、分散剂、聚丙烯酸酯树脂、抗氧剂、热稳定剂、光稳定剂；
S2：改性，将S1中所制备的原料放入双螺杆挤出机中，挤出机加热熔融挤出，制得改性TPU，其中，挤出机的加热温度为200-220℃；
S3：冷却切粒，将改性TPU放入冷水槽中进行过水冷却，并切粒，制得改性TPU切片；其中，冷水槽中水的水温为5-15℃；
S4：干燥，将S1中的TPU材料和S3中的改性TPU切片投入干燥筒内进行干燥，其中，干燥温度为90-100℃，干燥时间为2-3小时；
S5：包覆，将干燥好的TPU材料和改性TPU切片投入双螺杆挤出机加热熔融挤出，将碳纤维牵引至挤出机模具上，将TPU材料和改性TPU加热熔融后包裹于碳纤维表面，制得改性TPU碳纤维材料，其中，挤出机的挤出温度为220-240℃，电机转速为10-20rpm，熔压5-7MPA；
S6：冷却，将S5中制得的改性TPU碳纤维材料放入冷水槽中进行过水冷却，其中，冷水槽中水的水温为5-15℃；
S7：收卷，将冷却好的改性TPU碳纤维材料通过收卷设备收卷起来，得到改性TPU碳纤维纱线。
2.根据权利要求1所述的碳纤维TPU包覆的制作方法，其特征在于：所述S1步骤中选取的原料按照如下质量组份组成：TPU材料95-97份、钛白粉3-5份、硅酸镁盐类矿物滑石族滑石粉3-5份、分散剂3-5份、聚丙烯酸酯树脂3-5份、抗氧剂3-5份、热稳定剂3-5份、光稳定剂3-5份。
3.根据权利要求1所述的碳纤维TPU包覆的制作方法，其特征在于：所述分散剂由硬脂酰胺与高级醇混合制成。
4.根据权利要求1所述的碳纤维TPU包覆的制作方法，其特征在于：所述聚丙烯酸酯树脂为带有环氧基的聚丙烯酸酯树脂。
5.根据权利要求1所述的碳纤维TPU包覆的制作方法，其特征在于：所述热稳定剂为硬脂酸钡热稳定剂。
6.根据权利要求1所述的碳纤维TPU包覆的制作方法，其特征在于：所述光稳定剂为双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯光稳定剂。
7.一种改性TPU碳纤维纱线，其特征在于：包括芯层纱线及包覆于芯层纱线外部的皮层，其中芯层纱线和皮层采用上述权利要求1-6的碳纤维TPU包覆的制作方法制成改性TPU碳纤维纱线。
8.根据权利要求7所述的TPU碳纤维纱线，其特征在于：所述芯层纱线为碳纤维制成，所述皮层为改性TPU制成。
9.根据权利要求7所述的TPU碳纤维纱线，其特征在于：所述芯层纱线设有若干个，其中每个芯层纱线为平行排列包覆于皮层内。
10.根据权利要求7所述的TPU碳纤维纱线，其特征在于：所述芯层纱线设有若干个，其中每个芯层纱线互相缠绕包覆于皮层内。
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