CN104711774A - 一种含正负45度方向碳纤维长丝的全碳纤维无纬布及其制备方法 - Google Patents

一种含正负45度方向碳纤维长丝的全碳纤维无纬布及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种含正负45度方向碳纤维长丝的全碳纤维无纬布，由碳纤维网胎层和碳纤维长丝层构成，从上至下从下至上依次由碳纤维网胎、负45度方向纤维长丝、纤维网胎、0度方向纤维长丝、碳纤维网胎、正45度方向纤维长丝以及碳纤维网胎叠加构成；碳纤维网胎层和碳纤维长丝层通过刺针的上下针刺作用，使碳纤维网胎中的短纤维带入碳纤维长丝中，使得短切纤维与长丝纤维之间相互纠缠，增加了长丝和短切纤维之间的摩擦阻力，增强了无纬布的层间强度。另外由于所制备的无纬布中含正负45度方向的碳纤维长丝，与只含有0度方向长丝的无纬布相比，所述无纬布的各向力学性能有所提高。

Description

一种含正负45度方向碳纤维长丝的全碳纤维无纬布及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种全碳纤维无纬布，尤其是一种含正负45度方向碳纤维长丝的全碳纤维无纬布及其制备方法。
背景技术：
碳纤维具有高强度、高模量、密度低、耐腐蚀和耐摩擦等优良性能，广泛应用于航空航天、国防军事和体育用品等领域。碳纤维针刺无纬布具有生产效率高，成布性能及外观好的特点，其产品在增强材料、耐高温耐腐蚀材料、抗静电包装材料和发热材料以及土木建筑、桥梁增强、加固等方面有很好的应用。
将碳纤维短丝通过梳理或气流成网后通过针刺工艺将纤维加固制备碳纤维无纬布是我国目前比较普遍采用的工艺。但因碳纤维是脆性材料，针刺过程对短纤维的损伤较大，使针刺碳纤维无纬布的机械性能降低。
公开号为CN203451788U的实用新型专利公布了一种土工碳纤维无纬布的制备方法，将只有经线编制的碳纤维布由左向右排列在一起，由定型经纱将他们连接在一起制成碳纤维布，接着在碳纤维布的上面或上下两面针刺复合土工布层。相对于单纯的纤维网针刺制备的无纬布，该法制备的无纬布在径向上强力有所增加，但在其他方向没有增强效果，因此无纬布力学强度各向异性明显。
发明内容：
为解决上述技术问题，本发明提供了一种抗扭强度较好、对角线方向强度较佳、强度各向异性差异较小且综合力学性能优良的含正负45度方向碳纤维长丝的全碳纤维无纬布及其制备方法。
首先，本发明提供一种含正负45度方向碳纤维长丝的全碳纤维无纬布的制备方法，包括如下步骤：
第一步：将碳纤维切制成30-100mm长的短纤维，将其放入烘箱内加热到80-150摄氏度，保温8-16小时，取出纤维并在其表面喷洒水分，使其保持3-5％的湿度，再经开松和铺网处理加工成碳纤维网，碳纤维网经过刺辊压实作用制备成碳纤维网胎；
优选的，所述的碳纤维为3K、6K、12K、24K、48K碳纤维中的一种或两种及以上的组合；
第二步：在0度方向平行排列的碳纤维长丝的上表面上引入上述碳纤维网胎，再在上表面碳纤维网胎的上表面引入正45度方向的碳纤维长丝，并在正45度方向的碳纤维长丝的上表面再引入碳纤维网胎，通过刺针向下带入纤维的针刺作用，构成上复合层；
第三步：对称的在正0度方向碳纤维长丝的下表面引入上述碳纤维网胎，再在碳纤维网胎的下表面引入负45度方向纱的碳纤维长丝，并在负45度方向的碳纤维长丝的下表面再引入碳纤维网胎，通过向上带入纤维的针刺作用，构成下复合层；
上下针刺作用将碳纤维网胎中的短纤维带入碳纤维长丝中，从而使短纤维和长丝相互缠结，彼此固结在一起；
上述步骤需根据产品的需要选择合适的针刺密度，制备出所需要面密度、厚度和幅宽的含正负45度方向长丝的全碳纤维无纬布；
优选的，所述的碳纤维网胎的面密度为30-260g/m2,厚度为0.5-5mm；
优选的，两层碳纤维网胎间碳纤维长丝的厚度为0.2-2mm；
优选的，所述无纬布产品的针刺密度为50-500针/cm2,面密度为80-800g/m2，厚度为3-25mm。
其次，本发明还提供一种全碳纤维无纬布，由上述方法制得。
有益效果：
在本发明所述的制备方法中，碳纤维网经过压辊的挤压作用将短切碳纤维帖服在碳纤维长丝表面，由于没有经过预针刺作用，减小了刺针对短切碳纤维的损伤。引入碳纤维长丝之后，经过刺针作用将短纤维沿厚度方向带入碳纤维长丝中，使得短切纤维与长丝纤维之间相互纠缠，增加了长丝和短切纤维之间的摩擦阻力，增强了无纬布的层间强度。另外由于所制备的无纬布中含正负45度方向的碳纤维长丝，与只含有0度方向长丝的无纬布相比，所述无纬布的各向力学性能有所提高。
附图说明：
图1碳纤维长丝方向示意图
其中，1-0°方向碳纤维长丝2-正45°方向碳纤维长丝3-负45°方向碳纤维长丝；
图2含正负45度方向碳纤维长丝的全碳纤维无纬布切面结构示意图
其中，1-正45°方向碳纤维长丝2-0°方向碳纤维长丝3-负45°方向碳纤维长丝4-碳纤维网胎5-刺针。
具体实施方式：
下面给出本发明的具体实施例。这些具体实施例仅用于进一步叙述本发明，并不限制本发明申请的权利要求保护范围。
实施例1：
将碳纤维切制成50mm长的短纤维，将其放入烘箱内加热到90摄氏度，保温14小时，取出纤维并在其表面喷洒水分，使其保持3％的湿度，经开松和铺网加工成碳纤维网，碳纤维网经过刺辊压实作用制备出面密度为100g/m2，厚度为1mm的碳纤维网胎；
在0度方向平行排列的碳纤维长丝的上表面上引入上述碳纤维网胎，再在上表面的碳纤维网胎的上表面引入正45度方向的碳纤维长丝，并在正45度方向的碳纤维长丝的上表面再引入碳纤维网胎，通过刺针向下带入纤维的针刺作用，构成上复合层；
对称的在正0度方向碳纤维长丝下表面上引入碳纤维网胎，再在下表面碳纤维网胎的下表面引入负45度方向纱的碳纤维长丝，并在负45度方向的碳纤维长丝的下表面再引入碳纤维网胎，并进行向上带入纤维的针刺作用，构成下复合层(如图1，2所示)；
制备过程中，通过上、下针刺作用将碳纤维网胎中的短纤维带入碳纤维长丝中，从而使短纤维和长丝相互缠结，彼此固结在一起；选择针刺密度为200针/cm2，其中，每层网胎的厚度为1mm，每层碳纤维长丝厚度为0.8mm，这时的含正负45度方向长丝的全碳纤维无纬布的总厚度为6.4mm，面密度为240g/m2。
实施例2
将碳纤维切制成65mm长的短纤维，将其放入烘箱内加热到120摄氏度，保温12小时，取出纤维并在其表面喷洒水分，使其保持4.5％的湿度，经开松和铺网加工成碳纤维网，碳纤维网经过刺辊压实作用制备成面密度为150g/m2、厚度为1.2mm的碳纤维网胎；
在0度方向平行排列的碳纤维长丝的上表面引入碳纤维网胎，再在上表面碳纤维网胎的上表面引入正45度方向的碳纤维长丝，并在正45度方向的碳纤维长丝的上表面再引入碳纤维网胎，通过刺针向下带入纤维的针刺作用，构成上复合层；
对称的在正0度方向碳纤维长丝的下表面上引入碳纤维网胎，再在下表面碳纤维网胎的下表面引入负45度方向的碳纤维长丝，并在负45度方向的碳纤维长丝的下表面再引入碳纤维网胎，并进行向上带入纤维的针刺作用，构成下复合层；
制备过程中，通过上下针刺作用将碳纤维网胎中的短纤维带入碳纤维长丝中，从而使短纤维和长丝相互缠结，彼此固结在一起，选择针刺密度为250针/cm2，每层网胎的厚度为1.2mm，每层碳纤维长丝厚度为1mm，这时的含正负45度方向长丝的全碳纤维无纬布的总厚度为7.8mm，面密度为280g/m2。
实施例3
将碳纤维切制成70mm长的短纤维，将其放入烘箱内加热到150摄氏度，保温8小时，取出纤维并在其表面喷洒水分，使其保持5％的湿度，经开松和铺网加工成碳纤维网，碳纤维网经过刺辊压实作用制备成面密度为200g/m2、厚度为1.5mm的碳纤维网胎；
在0度方向平行排列的碳纤维长丝的上表面引入碳纤维网胎，再在上表面碳纤维网胎的上表面引入正45度方向的碳纤维长丝，并在正45度方向的碳纤维长丝的上表面再引入碳纤维网胎，通过刺针向下带入纤维的针刺作用，构成上层复合；
对称的在正0度方向碳纤维长丝的下表面引入碳纤维网胎，再在下表面碳纤维网胎的下表面，引入负45度方向纱的碳纤维长丝，并在负45度方向的碳纤维长丝的下表面再引入碳纤维网胎，并进行向上带入纤维的针刺作用，构成下复合层；
针刺密度为300针/cm2，使碳纤维网胎中的短纤维带入碳纤维长丝中，从而彼此纠缠在一起，此时，每层碳纤维网胎的厚度为1.5mm，每层碳纤维长丝厚度为1mm，含正负45度方向长丝的全碳纤维无纬布的总厚度为9mm，面密度为310g/m2。

Claims (9)

1.一种含正负45度方向碳纤维长丝的全碳纤维无纬布的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)将碳纤维切制成短纤维，并制备成碳纤维网胎；
(2)在0度方向平行排列的碳纤维长丝的上表面引入碳纤维网胎，再在碳纤维网胎的上表面引入正45度方向的碳纤维长丝，并在正45度方向的碳纤维长丝的上表面再引入碳纤维网胎，通过刺针向下带入纤维的针刺作用，构成上复合层；
(3)对称的在0度方向碳纤维长丝的下表面引入碳纤维网胎，再在碳纤维网胎的下表面引入负45度方向的碳纤维长丝，并在负45度方向的碳纤维长丝的下表面再引入碳纤维网胎，通过向上带入纤维的针刺作用，构成下复合层；
上、下针刺作用将碳纤维网胎中的短纤维带入碳纤维长丝中，从而使短纤维和长丝相互缠结，彼此固结在一起既得全碳纤维无纬布。
2.如权利要求1所述的一种含正负45度方向碳纤维长丝的全碳纤维无纬布的制备方法，其特征在于，所述碳纤维网胎的制备方法如下：将碳纤维切制成30-100mm长的短纤维，放入烘箱内加热到80-150摄氏度，保温8-16小时，取出纤维并在其表面喷洒水分，使其保持3-5％的湿度，再经开松和铺网处理加工成碳纤维网，碳纤维网经过刺辊压实制备成碳纤维网胎。
3.如权利要求1或2所述的一种含正负45度方向碳纤维长丝的全碳纤维无纬布的制备方法，其特征在于，所述制备短纤维的碳纤维为3K、6K、12K、24K、48K碳纤维中的至少一种。
4.如权利要求1或2所述的一种含正负45度方向碳纤维长丝的全碳纤维无纬布的制备方法，其特征在于，所述碳纤维网胎的面密度为30-260g/m2，厚度为0.5-5mm。
5.如权利要求1或2所述的一种含正负45度方向碳纤维长丝的全碳纤维无纬布的制备方法，其特征在于，所述碳纤维长丝的厚度为0.2-2mm。
6.如权利要求1或2所述的一种含正负45度方向碳纤维长丝的全碳纤维无纬布的制备方法，其特征在于，所述针刺的针刺密度为50-500针/cm2。
7.如权利要求1或2所述的一种含正负45度方向碳纤维长丝的全碳纤维无纬布的制备方法，其特征在于，所述全碳纤维无纬布的面密度为80-800g/m2。
8.如权利要求1或2所述的一种含正负45度方向碳纤维长丝的全碳纤维无纬布的制备方法，其特征在于，所述全碳纤维无纬布的厚度为3-25mm。
9.一种全碳纤维无纬布，其特征在于，采用权利要求1-8任意一项所述的制备方法制得。
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