CN114507940A - 一种多功能复合碳纤维内衬垫及其制备方法 - Google Patents

一种多功能复合碳纤维内衬垫及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种多功能复合碳纤维内衬垫及其制备方法，首先将碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、酚醛纤维裁剪成合适长度，进行混合，将混合后的混合纤维依次梳理、开松，然后平铺成混合纤维层，在振动仪的振动作用下，向混合纤维层中均匀加入热熔胶粉末，将掺杂有热熔胶粉混合纤维放入热压机中进行加热加压定型，最终降温出料，最终得到一种多功能复合碳纤维内衬垫，其中混合纤维中的聚酯纤维也可以为普通聚酯纤维和低熔点聚酯复合纤维的混合物，本发明通过热压机的热压作用，将混合纤维中的热熔胶粉末熔化粘连，或者依靠低熔点聚酯复合纤维和热熔胶粉末的共同作用进行融合，使复合碳纤维内衬垫生产工艺等到简化，无需复杂的条件即可完成，同时保留各种纤维之间优异的性能。

Description

一种多功能复合碳纤维内衬垫及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合隔热材料技术领域，具体涉及一种多功能复合碳纤维内衬垫及其制备方法。
背景技术
碳纤维具有耐高温，蓄热量小，隔热性能优，热强度高等优点，近年来碳纤维作为高温隔热材料发展很快，但是传统的碳纤维隔热材料的生产工艺比较复杂，难度较大，受原料和制造方法的制约性很强，因此生产效率比较低，同时由于生产过程中受比较严苛的生产工艺影响，导致碳纤维本身的性能受到破坏，生产出产品的隔热性能和使用寿命等综合性能都不太理想，因此本文提出了一种多功能复合碳纤维内衬垫及其制备方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种多功能复合碳纤维内衬垫及其制备方法，通过将碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛纤维混合，梳理成网，并在混合纤维中加入热熔胶粉末，无需复杂的高温碳化等加工工艺，即可实现复合碳纤维内衬垫的生产，同时使碳纤维本身不会受到破损，保证了复合碳纤维内衬垫的隔热性能。
本发明的技术方案如下：一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法；所述制备方法包括如下步骤：
S1：备料，具体的：将碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、酚醛纤维裁剪成合适长度，其长度优选在50-150mm之间。
S2：混料，具体的：将经过S1处理后的碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛纤维按一定比例初步混合；
S3：将初步混合的混合纤维依次通过开松机、梳理机进行梳理、开松，然后平铺成混合纤维层；
S4：向步骤S3中得到的混合纤维层加入热熔胶粉末；
具体的，将混合纤维层放置在振动仪上，在混合纤维层振动过程中加入热熔胶，这样的做法能够使热熔胶粉末均匀进入混合纤维层之间的间隙中，方便混合纤维之间的热熔连接。
S5：将步骤S4中得到的混合纤维层放入热压机中进行加压定型，在150℃ -180℃的环境加压0.2-0.4MPa,热压时间10-15S，得到复合碳纤维内衬垫，通过热压机的热压作用，在压力和温度的共同作用下，热熔胶粉末或低熔点的聚酯纤维外层熔化，将不同的混合纤维连接在一起。
如上所述的一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法，在步骤S2中，所述碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛纤维的比例为：(8-10)：(4-5)：(4-5)： 1。
通过多种混合纤维制成的复合碳纤维内衬垫，不仅保留了每一种的纤维本身优良的隔热、伸展性能，同时，在多种混合纤维的相互交织下，可能更好的增强纤维之间的连接力，多种纤维之间相互交织，增强了复合碳纤维内衬垫整体的拉伸强度。
如上所述一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法，在所述步骤S1中，所述碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛纤维的直径在3-5μm之间，较细的碳纤维能够保证在后续的热压机加压过程中，各种混合纤维本身不会在压强作用下，出现断裂的情况。
一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法，所述聚酯纤维包括普通聚酯纤维和低熔点聚酯复合纤维，且二者的比例为(1-3):1；
作为另一种优选的实施方式，所述聚酯纤维中普通聚酯纤维与低熔点聚酯复合纤维的比例为2:1。
进一步的，所述低熔点聚酯复合纤维为双层包芯结构，其内部为普通聚酯纤维，所述普通聚酯纤维外部包裹有低熔点聚酯纤维，所述低熔点聚酯纤维熔点低于所述普通聚酯纤维，通过改性后的低熔点聚酯纤维的熔点在180℃，当外界温度高于180℃，低熔点聚酯纤维发生熔化，漏出内部包裹的普通聚酯纤维，使纤维之间进行粘连，这样保证的混合纤维连接的紧密性。
在上述技术方案中，采用两种熔点不同的聚酯纤维，且低熔点聚酯纤维由普通聚酯纤维和低熔点聚酯纤维复合而成，有利于普通聚酯纤维与混合纤维层中其他纤维进行粘连。
如上所述的一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法，在步骤S4中所述热熔胶粉末包括聚酰胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和低密度聚乙烯中的一种或几种，将热熔胶粉末通过撒粉法，使其进入混合纤维之间的缝隙之中，并在振动仪的作用下，热熔胶粉末可以均匀的分散在混合纤维中，混合纤维通过热压成型，热熔胶粉末与混合纤维粘压在一起，对混合纤维起到了稳定而坚固的黏合效果。
一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法，所述热熔胶粉末直径不大于40 μm，方便热熔胶粉末进入混合纤维中，且直径过小的热熔胶粉末无法留在混合纤维中，会造成工艺浪费。
一种多功能复合碳纤维内衬垫，由上述一种多功能复合碳纤维内衬垫制备方法制备所得。
本发明的有益效果在于：
(1)通过在混合纤维中加入低熔点纤维，同时，在混合纤维内部加入若干种热熔胶粉末，通过使用热压机，对混合有热熔胶粉末的混合纤维进行加压加热，使低熔点的纤维层和热熔胶粉末在混合纤维中融化，粘结，固连，同时采用加压方式使混合纤维之间连接更加紧密，相比现有技术中采用700摄氏度或更高的温度的碳化工艺，本发明只需对混合纤维进行180℃左右的加热加压处理，即可制得隔热效果相近的复合碳纤维内衬垫，同时相比于现有技术采用较低的处理温度，更可以使混合纤维中的各组分不会发生晶变，影响纤维本身性能发生变化。
(2)低熔点的纤维以包芯形状存在，即低熔点聚酯复合纤维有普通聚酯纤维和低熔点聚酯纤维，普通聚酯纤维包裹在低熔点聚酯纤维内部，当外部的温度上升至低熔点聚酯纤维的熔点时，表皮上的低熔点聚酯纤维熔化后暴露出内部的普通聚酯纤维，与其他混合纤维进行连接，同时采用这种低熔点双组份复合纤维，经过热压机的作用后，低熔点组分在混合纤维的交叉处形成粘合，同时，在冷却后，非交叉处的纤维依旧保持原先的状态，在热压机中只有外层低熔点的聚酯纤维或热熔胶粉末熔化，不会影响材料最终的力学性能，同时外皮纤维熔化有一定的流动性，使纤维之间的粘结尺寸增大，使纤维粘结良好。
具体实施方式
需要说明，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的实施方式所限制。
本发明中提及的方位“前后”、“左右”等，仅用来表达相对的位置关系，而不受实际应用中任何具体方向参照的约束。
本发明的技术方案如下：一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法；所述制备方法包括如下步骤：
S1：备料：具体的，将碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、酚醛纤维裁剪成合适长度，其长度优选在50-150mm之间。
其中，所述碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛纤维的直径在3-5μm之间，较细的碳纤维能够保证在后续的加压过程中，各种纤维本身不会受到压强作用出现断裂、压扁的情况。
S2：混料：具体的，将经过S1处理后的碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛树脂按一定比例初步混合，优选的比例为(8-10)：(4-5)：(4-5)：1。
通过多种混合纤维制成的复合碳纤维内衬垫，不仅保留了每一种的纤维本身优良的性能，同时，在多种混合纤维的相互交织下，可能更好的增强纤维之间的连接力，多种纤维之间相互交织，增强了复合碳纤维内衬垫整体的拉伸强度。
作为另一种优选的实施方式，其中混合纤维中的聚酯纤维包括普通聚酯纤维和低熔点聚酯复合纤维两种，且二者的比例为(1-3):1；
作为一种优选的实施方式，所述聚酯纤维中普通聚酯纤维与低熔点聚酯复合纤维的比例为2:1。
具体的，所述低熔点聚酯复合纤维为双层包芯结构，其内部为普通聚酯纤维，所述普通聚酯纤维外部包裹有低熔点聚酯纤维，所述低熔点聚酯纤维熔点低于所述普通聚酯纤维，通过改性后的低熔点聚酯纤维的熔点在180℃，当外界温度高于180℃，低熔点聚酯纤维发生熔化，漏出里面存在的普通聚酯纤维，进行粘连，这样保证的混合纤维连接的紧密性。
S3：将初步混合的混合纤维依次通过开松机、梳理机进行梳理、开松，然后平铺成混合纤维；
S4：向步骤S3中得到的混合纤维加入热熔胶粉末；
其中，所述热熔胶粉末包括聚酰胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和低密度聚乙烯中的一种或几种，将热熔胶粉末通过撒粉法，使其进入混合纤维之间的缝隙之中，并在振动仪的振动作用下，热熔胶粉末可以均匀的分散在混合纤维中，混合纤维通过热压成型，热熔胶粉末与混合纤维粘压在一起，对混合纤维起到了稳定而坚固的黏合效果。
作为一种优选的实施方式，所述热熔胶粉末直径不大于40μm，具体的,热熔胶粉末为30-40mm，这样不仅方便热熔胶粉末进入混合纤维中，且直径过小的热熔胶粉末无法留在混合纤维中，会造成工艺浪费。
具体的，热熔胶进入复合纤维中的方法为，将碳纤维网放置在振动仪上，在碳纤维网振动过程中加入热熔胶，这样的做法能够使热熔胶粉末均匀进入碳纤维网之间的间隙中，方便混合纤维之间的热熔连接。
S5：将混合纤维层放入热压机中进行加压定型，在150℃-180℃的环境加压 0.2-0.4MPa,热压时间10-15S，得到复合碳纤维内衬垫，通过热压机的热压作用，在压力和温度的共同作用下，热熔胶粉末或低熔点的聚酯纤维熔化，将不同的混合纤维连接在一起。
一种多功能复合碳纤维内衬垫，由上述一种纤维防护内衬的制备方法制备所得。
下面通过几个具体实施例来具体阐述本发明中一种纤维防护内衬的制备方法。
实施例1
一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法；所述制备方法包括如下步骤：
S1：备料：具体的，将碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛树脂纤维裁剪为50mm长，且上述纤维的直径为3μm。
S2：混料：裁剪处理后的碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛树脂按8:4:4： 1比例混合，制成混合纤维。
S3：将初步混合的混合纤维依次通过开松机、梳理机进行梳理、开松和混合，然后平铺成混合纤维层；
S4：向步骤S3中得到的混合纤维层加入热熔胶聚酰胺粉末，并通过振动仪的振动作用，使热熔胶粉末进入混合纤维层中；
并且在本实施例中，热溶胶聚酰胺粉末的直径为30μm。
S5：将从步骤S4中得到的混合纤维层放入热压机中进行加压定型，在180 ℃的环境加压0.2MPa,热压时间13S，得到复合碳纤维内衬垫。
本实施例1还包括一种根据上述方法制备的复合碳纤维内衬垫。
实施例2
一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法；所述制备方法包括如下步骤：
S1：备料：具体的，将碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、酚醛纤维裁剪为150mm 长，且上述纤维的直径为5μm。
S2：混料：裁剪处理后的碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛树脂按10:5:5： 1比例混合，制成混合纤维。
S3：将初步混合的混合纤维依次通过开松机、梳理机进行梳理、开松和混合，然后平铺成混合纤维层；
S4：向步骤S3中得到的混合纤维层加入热熔胶聚酯粉末，并通过振动仪的振动作用，使热熔胶聚酯粉末进入混合纤维层中；
并且在本实施例中，热溶胶聚酯粉末的直径为40μm。
S5：将从步骤S4中得到的混合纤维层放入热压机中进行加压定型，在150 ℃的环境加压0.4MPa,热压时间15S，得到复合碳纤维内衬垫。
本实施例2还包括一种根据上述方法制备的复合碳纤维内衬垫。
实施例3
一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法；所述制备方法包括如下步骤：
S1：备料：具体的，将碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、酚醛纤维裁剪为150mm 长，且上述纤维的直径为5μm。
S2：混料：裁剪处理后的碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛树脂按10:5:5： 1比例混合，制成混合纤维。
S3：将初步混合的混合纤维依次通过开松机、梳理机进行梳理、开松和混合，然后平铺成混合纤维层；
S4：向步骤S3中得到的混合纤维层加入热熔胶低密度聚乙烯粉末，并通过振动仪的振动作用，使热熔胶低密度聚乙烯粉末进入混合纤维层中；
并且在本实施例中，热溶胶低密度聚乙烯粉末的直径为40μm。
S5将从步骤S4中得到的混合纤维层放入热压机中进行加压定型，在150℃的环境加压0.4MPa,热压时间15S，得到复合碳纤维内衬垫。
本实施例3还包括一种根据上述方法制备的复合碳纤维内衬垫。
实施例4
一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法；所述制备方法包括如下步骤：
S1：备料：具体的，将碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、酚醛纤维裁剪为150mm 长，且上述纤维的直径为5μm。
S2：混料：裁剪处理后的碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛树脂按10:5:5： 1比例混合，制成混合纤维。
S3：将初步混合的混合纤维依次通过开松机、梳理机进行梳理、开松和混合，然后平铺成混合纤维层；
S4：向步骤S3中得到的混合纤维层加入热熔胶乙烯-醋酸乙烯共聚物粉末，并通过振动仪的振动作用，使热熔胶粉末进入混合纤维层中；
并且在本实施例中，热溶胶乙烯-醋酸乙烯共聚物粉末的直径为40μm。
S5：将从步骤S4中得到的混合纤维层放入热压机中进行加压定型，在150 ℃的环境加压0.4MPa,热压时间15S，得到复合碳纤维内衬垫。
本实施例4还包括一种根据上述方法制备的复合碳纤维内衬垫。
采用各实施例中所获得的硅晶网进行实验，测试其抗拉性能、耐久性能、抗施工损伤性能，与现有的硅晶网进行对比。
实施例5
一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法；所述制备方法包括如下步骤：
S1：备料：具体的，将碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、酚醛纤维裁剪为50mm 长，且上述纤维的直径为3μm。
S2：混料：裁剪处理后的碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛树脂按8:4:4： 1比例混合，制成混合纤维。
S3：将初步混合的混合纤维依次通过开松机、梳理机进行梳理、开松和混合，然后平铺成混合纤维层；
S4：向步骤S3中得到的混合纤维层加入热熔胶粉末，并通过振动仪的振动作用，使热熔胶低密度末进入混合纤维层中；
其中，热溶胶粉末有聚酯和低密度聚乙烯按比例1：1混合而成，且混合热熔胶粉末的直径为30μm。
S5：将从步骤S4中得到的混合纤维层放入热压机中进行加压定型，在180 ℃的环境加压0.2MPa,热压时间13S，得到复合碳纤维内衬垫。
本实施例5还包括一种根据上述方法制备的复合碳纤维内衬垫。
实施例6
一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法；所述制备方法包括如下步骤：
S1：备料：具体的，将碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、酚醛纤维裁剪为150mm 长，且上述纤维的直径为5μm。
S2：混料：裁剪处理后的碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛树脂按10:5:5： 1比例混合，制成混合纤维。
其中，混合纤维中的聚酯纤维包括普通聚酯纤维和低熔点聚酯复合纤维两种，且二者的比例为1:1；
S3：将初步混合的混合纤维依次通过开松机、梳理机进行梳理、开松和混合，然后平铺成混合纤维层；
S4：向步骤S3中得到的混合纤维层加入热熔胶聚酯粉末，并通过振动仪的振动作用，使热熔胶聚酯粉末进入混合纤维层中；
并且在本实施例中，热溶胶聚酯粉末的直径为40μm。
S5：将从步骤S4中得到的混合纤维层放入热压机中进行加压定型，在150 ℃的环境加压0.4MPa,热压时间15S，得到复合碳纤维内衬垫。
本实施例6还包括一种根据上述方法制备的复合碳纤维内衬垫。
实施例7
一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法；所述制备方法包括如下步骤：
S1：备料：具体的，将碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、酚醛纤维裁剪为150mm 长，且上述纤维的直径为5μm。
S2：混料：裁剪处理后的碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛树脂按10:5:5： 1比例混合，制成混合纤维。
其中，混合纤维中的聚酯纤维包括普通聚酯纤维和低熔点聚酯复合纤维两种，且二者的比例为3:1；
S3：将初步混合的混合纤维依次通过开松机、梳理机进行梳理、开松和混合，然后平铺成混合纤维层；
S4：向步骤S3中得到的混合纤维层加入热熔胶聚酯粉末，并通过振动仪的振动作用，使热熔胶粉末进入混合纤维层中；
并且在本实施例中，热溶胶聚酯粉末的直径为40μm。
S5：将从步骤S4中得到的混合纤维层放入热压机中进行加压定型，在150 ℃的环境加压0.4MPa,热压时间15S，得到复合碳纤维内衬垫。
本实施例7还包括一种根据上述方法制备的复合碳纤维内衬垫。
实施例8
一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法；所述制备方法包括如下步骤：
S1：备料：具体的，将碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、酚醛纤维裁剪为150mm 长，且上述纤维的直径为5μm。
S2：混料：裁剪处理后的碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛树脂按10:5:5： 1比例混合，制成混合纤维。
其中，混合纤维中的聚酯纤维包括普通聚酯纤维和低熔点聚酯复合纤维两种，且二者的比例为2:1；
S3：将初步混合的混合纤维依次通过开松机、梳理机进行梳理、开松和混合，然后平铺成混合纤维层；
S4：向步骤S3中得到的混合纤维层加入热熔胶聚酯粉末，并通过振动仪的振动作用，使热熔胶粉末进入混合纤维层中；
并且在本实施例中，热溶胶聚酯粉末的直径为40μm。
S5：将从步骤S4中得到的混合纤维层放入热压机中进行加压定型，在150 ℃的环境加压0.4MPa,热压时间15S，得到复合碳纤维内衬垫。
本实施例8还包括一种根据上述方法制备的复合碳纤维内衬垫。
将实施例1-8中所得到的复合碳纤维内衬垫进行试验检测，结果如下：
Figure BDA0003510672300000091
Figure BDA0003510672300000101
表中数据中导热系数采用GB/T10295-2008方法检测得出，含水率采用GB /T3007-2066方法检测得出，密度采用GB/T5480-2017方法检测得出，体积吸湿率与质量吸湿率采用GB/T5480-2008第11节方法A检测得到，憎水性采用GB/T10299-2011方法得出。
通过上述材料数据指标进行检测，可以看出本发明得到的多功能复合碳纤维内衬垫具备良好的隔热、轻质和防火功能。
将通过本发明制备得出的实施例1-8进行使用环境的指标检测，按照 GB/T16731-1997进行吸音率指标进行检测，发现实施例1-8的中的NRC均小于 0.80，说明通过本方法制备得出的多功能复合碳纤维内衬垫具有良好的隔音性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或增减替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法,其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1：备料，具体的：将碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、酚醛纤维裁剪成合适长度；
S2：混料，具体的：将经过S1处理后的碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和热熔丝按一定比例初步混合；
S3：将初步混合的混合纤维依次通过开松机、梳理机进行梳理、开松，
然后平铺成混合纤维层；
S4：向步骤S3中得到的混合纤维层中加入热熔胶粉末；
S5：将步骤S4中得到的混合纤维层放入热压机中进行加压定型，在150℃-180℃的环境加压0.2-0.4MPa,热压时间10-15S，得到复合碳纤维内衬垫。
2.根据权利要求1所述的一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛纤维的比例为(8-10)：(4-5)：(4-5)：1。
3.根据权利要求1所述的一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述碳纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维和酚醛纤维的直径不大于5μm。
4.根据请权利要求3所述的一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法，其特征在于，所述聚酯纤维包括普通聚酯纤维和低熔点聚酯复合纤维，且二者的比例为(1-3):1。
5.根据权利要求4所述的一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法，其特征在于，所述低熔点聚酯复合纤维为双层包芯结构，所述低熔点聚酯复合纤维内部为普通聚酯纤维，所述普通聚酯纤维外部包裹有低熔点聚酯纤维，所述低熔点聚酯纤维的熔点低于普通聚酯纤维。
6.根据权利要求2所述的一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法，其特征在于，在步骤S4中所述热熔胶粉末包括聚酰胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和低密度聚乙烯中的任意一种或几种。
7.根据权利要求4所述的一种多功能复合碳纤维内衬垫的制备方法，其特征在于，所述热熔胶粉末直径不大于40μm。
8.一种多功能复合碳纤维内衬垫，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的一种多功能复合碳纤维内衬垫制备方法制备所得。
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