本发明属于碳纤维复合材料技术领域，具体涉及一种碳纤维缝合线的制备方法。
背景技术：
碳纤维增强复合材料具有轻质高强、耐久性好等优点，能够满足功能材料、关键结构材料的特殊要求，是一种高性能结构、功能复合材料，在航天、航空和国防领域中的关键部件上得到了大量应用，并已成为先进航天、航空的关键支撑材料。然而，缝合技术制备复合材料预制体的缝合线主要有芳纶纤维线、玻璃纤维线，芳纶线在500℃以上就开始分解，玻璃线最大使用温度只能到1000℃，且这两种线由于与碳纤维热膨胀性、热物理相容性不匹配，不能满足2000℃以上高温条件下使用的炭/炭、碳-陶复合材料使用要求。
为了制备全碳纤维缝合预制体，必须使用碳纤维作为缝合线，但小丝束碳纤维不能直接用于缝合，直接缝合时，碳纤维束易分散，缝合阻力大，碳纤维脆性大，易断纱，缝合机器线轴、针等对纤维磨损大，纤维易起毛，受损后纤维性能下降。在缝合过程中要求线不能有退捻、打结的情况，表现在线经过与缝合机接触摩擦后，柔韧性下降，缝合过程有可能出现打结现象，缝合设备剪线后断头退绕，影响缝合过程连续进行，降低了缝合的效率。为了解决上述问题，必须加工一种柔韧性高，耐磨损、缝纫性能好，不退捻，不打结、高质量的碳纤维缝合线。
经检索，未见有关碳纤维预制体缝合用碳纤维缝合线的相关技术见诸报道。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种碳纤维缝合线的制备方法。该方法采用先初捻后复捻的方式合股，有效解决了碳纤维缝合线退捻、打卷的问题；利用聚乙烯醇为上浆剂，利用其水溶、环保、上浆过程不产生挥发性有机物、干燥后柔顺性好等优点，所制备的缝合线的柔韧性高、耐磨损、不退绕、性能优良。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种碳纤维缝合线的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、选取4股聚丙烯腈基碳纤维纱，然后按照S捻的加捻方式对其中2股聚丙烯腈基碳纤维纱进行初捻合股，得到S初捻纱，按照Z捻的加捻方式对另外2股聚丙烯腈基碳纤维纱进行初捻合股，得到Z初捻纱；
步骤二、将步骤一中所述S初捻纱和Z初捻纱按照S捻或Z捻的加捻方式进行复捻合股，得到坯线；
步骤三、采用聚乙烯醇胶液为上浆剂，将步骤二中所述坯线置于所述上浆剂中进行上浆处理，得到上浆线，然后将所述上浆线在温度为150℃～300℃的温度下干燥5s～10s，之后将干燥后的上浆线收卷，得到碳纤维缝合线。
上述的一种碳纤维缝合线的制备方法，其特征在于，步骤一中所述聚丙烯腈基碳纤维纱为1K聚丙烯腈基碳纤维纱，K代表丝束千根数。
上述的一种碳纤维缝合线的制备方法，其特征在于，步骤一中所述初捻合股的捻度为150捻/米～300捻/米。
上述的一种碳纤维缝合线的制备方法，其特征在于，步骤二中所述复捻合股的捻度为200捻/米～400捻/米。
上述的一种碳纤维缝合线的制备方法，其特征在于，步骤三中所述聚乙烯醇胶液的质量百分比浓度为1％～6％。
上述的一种碳纤维缝合线的制备方法，其特征在于，步骤三中所述上浆线的含胶量为2％～5％。
上述的一种碳纤维缝合线的制备方法，其特征在于，步骤三中所述收卷的过程中收卷张力不大于15N。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明技术创新之处在于采用捻向相反的两股初捻碳纤维线合股，可有效减少加捻后的碳纤维退绕打卷，解决了碳纤维可缝纫性的问题；复捻后的坯线经过浸渍PVA胶液后烘干，可保证合股后的线整体性，同时增加线的柔韧性、耐磨性、可缝纫性。
2、本发明利用聚乙烯醇(PVA)胶液为上浆剂，PVA胶液相比传统的环氧类胶液，具有环保性好、无污染、柔顺性好，耐磨损等优点。
3、本发明制备方法所涉及的装置简单，只需对普通捻线设备进行简单改造，增加后续烘干处理工艺段，即可实现碳纤维缝合线的连续生产和制备。
4、本发明制备的碳纤维缝合线可达3000℃耐高温温度，适用强酸、碱性、高温、高强度等苛刻环境，特别适用于缝合各类碳纤维布制品，通过缝合制备高密度、高层间剪切强度的全碳纤维高性能预制体。
5、本发明碳纤维缝合线的制备方法简便易行，科学合理。
下面结实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1
本实施例采用聚丙烯腈基碳纤维为原料制备碳纤维缝合线，具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、选取4股聚丙烯腈基碳纤维纱(所选纤维纱的技术规格为：细度1K，线密度66g/1000m，密度1.76g/cm3，抗拉强度3.53GPa)，然后按照S捻的加捻方式对其中2股聚丙烯腈基碳纤维纱进行初捻合股，得到S初捻纱，按照Z捻的加捻方式对另外2股聚丙烯腈基碳纤维纱进行初捻合股，得到Z初捻纱；所述初捻合股的捻度为200捻/米；
步骤二、将步骤一中所述S初捻纱和Z初捻纱按照S捻的加捻方式复捻合股，得到坯线；所述复捻合股的捻度为300捻/米；
步骤三、采用质量百分比浓度为3％的聚乙烯醇胶液为上浆剂，将步骤二中所述坯线置于所述上浆剂中进行上浆处理，得到上浆线，上浆线的含胶量为3％，然后将所述上浆线在温度为200℃的温度下干燥6s，之后将干燥后的上浆线收卷，收卷张力为10N，得到碳纤维缝合线。
利用本实施例所述方法制备的碳纤维缝合线的技术规格为：直径1.0mm，拉伸强度1280MPa，断裂应变2.5％；所制碳纤维缝合线的表观光滑柔顺，直径均匀，表面无胶液堆积，线拉直平铺后，几乎不退绕，经缝合试验，耐磨损，可缝纫性高，性能优异。
实施例2
本实施例采用聚丙烯腈基碳纤维为原料制备碳纤维缝合线，具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、选取4股聚丙烯腈基碳纤维纱(所选纤维纱的技术规格为：细度1K，线密度66g/1000m，密度1.76g/cm3，抗拉强度3.53GPa)，然后按照S捻的加捻方式对其中2股聚丙烯腈基碳纤维纱进行初捻合股，得到S初捻纱，按照Z捻的加捻方式对另外2股聚丙烯腈基碳纤维纱进行初捻合股，得到Z初捻纱；所述初捻合股的捻度为300捻/米；
步骤二、将步骤一中所述S初捻纱和Z初捻纱按照Z捻的加捻方式复捻合股，得到坯线；所述复捻合股的捻度为400捻/米；
步骤三、采用质量百分比浓度为2％的聚乙烯醇胶液为上浆剂，将步骤二中所述坯线置于所述上浆剂中进行上浆处理，得到上浆线，上浆线的含胶量为2％，然后将所述上浆线在温度为300℃的温度下干燥8s，之后将干燥后的上浆线收卷，收卷张力为15N，得到碳纤维缝合线。
利用本实施例所述方法制备的碳纤维缝合线的技术规格为：直径0.8mm，拉伸强度1080MPa，断裂应变2.1％；所制碳纤维缝合线的表观光滑柔顺，直径均匀，表面无胶液堆积，线拉直平铺后，几乎不退绕，经缝合试验，耐磨损，可缝纫性高，性能优异。
实施例3
本实施例采用聚丙烯腈基碳纤维为原料制备碳纤维缝合线，具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、选取4股聚丙烯腈基碳纤维纱(所选纤维纱的技术规格为：细度1K，线密度66g/1000m，密度1.76g/cm3，抗拉强度3.53GPa)，然后按照S捻的加捻方式对其中2股聚丙烯腈基碳纤维纱进行初捻合股，得到S初捻纱，按照Z捻的加捻方式对另外2股聚丙烯腈基碳纤维纱进行初捻合股，得到Z初捻纱；所述初捻合股的捻度为300捻/米；
步骤二、将步骤一中所述S初捻纱和Z初捻纱按照S捻的加捻方式复捻合股，得到坯线；所述复捻合股的捻度为200捻/米；
步骤三、采用质量百分比浓度为1％的聚乙烯醇胶液为上浆剂，将步骤二中所述坯线置于所述上浆剂中进行上浆处理，得到上浆线，上浆线的含胶量为2％，然后将所述上浆线在温度为150℃的温度下干燥5s，之后将干燥后的上浆线收卷，收卷张力为9N，得到碳纤维缝合线。
利用本实施例所述方法制备的碳纤维缝合线的技术规格为：直径0.9mm，拉伸强度1140MPa，断裂应变2.2％；所制碳纤维缝合线的表观光滑柔顺，直径均匀，表面无胶液堆积，线拉直平铺后，几乎不退绕，经缝合试验，耐磨损，可缝纫性高，性能优异。
实施例4
本实施例采用聚丙烯腈基碳纤维为原料制备碳纤维缝合线，具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、选取4股聚丙烯腈基碳纤维纱(所选纤维纱的技术规格为：细度1K，线密度66g/1000m，密度1.76g/cm3，抗拉强度3.53GPa)，然后按照S捻的加捻方式对其中2股聚丙烯腈基碳纤维纱进行初捻合股，得到S初捻纱，按照Z捻的加捻方式对另外2股聚丙烯腈基碳纤维纱进行初捻合股，得到Z初捻纱；所述初捻合股的捻度为300捻/米；
步骤二、将步骤一中所述S初捻纱和Z初捻纱按照Z捻的加捻方式复捻合股，得到坯线；所述复捻合股的捻度为400捻/米；
步骤三、采用质量百分比浓度为6％的聚乙烯醇胶液为上浆剂，将步骤二中所述坯线置于所述上浆剂中进行上浆处理，得到上浆线，上浆线的含胶量为5％，然后将所述上浆线在温度为300℃的温度下干燥10s，之后将干燥后的上浆线收卷，收卷张力为12N，得到碳纤维缝合线。
利用本实施例所述方法制备的碳纤维缝合线的技术规格为：直径0.9mm，拉伸强度1100MPa，断裂应变2.3％；所制碳纤维缝合线的表观光滑柔顺，直径均匀，表面无胶液堆积，线拉直平铺后，几乎不退绕，经缝合试验，耐磨损，可缝纫性高，性能优异。
对比例1
本对比例采用聚丙烯腈基碳纤维为原料制备碳纤维缝合线的具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、选取4股聚丙烯腈基碳纤维纱(所选纤维纱的技术规格为：细度1K，线密度66g/1000m，密度1.76g/cm3，抗拉强度3.53GPa)，然后将其中2股聚丙烯腈基碳纤维纱与另外2股聚丙烯腈基碳纤维纱按照S捻的加捻方式进行加捻合股，得到坯线；所述加捻合股的捻度为300捻/米；
步骤二、采用质量百分比浓度为3％的聚乙烯醇胶液为上浆剂，将步骤一中所述坯线置于所述上浆剂中进行上浆处理，得到上浆线，上浆线的含胶量为3％，然后将所述上浆线在温度为200℃的温度下干燥6s，之后将干燥后的上浆线收卷，收卷张力为10N，得到碳纤维缝合线。
将对比例1与实施例1对比可知，二者的不同之处仅在于：实施例1采用先初捻后复捻的合股方式制备坯线，而对比例1仅进行一次加捻合股，并未采用先初捻后复捻的合股方式制备坯线。采用对比例1所述方法制备的碳纤维缝合线的技术规格为：直径0.5mm，拉伸强度677MPa，断裂应变0.7％。对比例1所制碳纤维缝合线与实施例1相比，碳纤维缝合线柔韧性差，线在使用过程中易打卷，磨损后易起毛，在线中形成碳毛团聚，撑直平铺时自动合股成4股，剪线后自动退捻，影响缝合过程连续进行。由此可知，本发明通过采用先初捻后复捻的合股方式，使捻向相反的两股初捻碳纤维线合股，能够有效减少加捻后的碳纤维退绕打卷，有效地解决了碳纤维可缝纫性的问题。
对比例2
本对比例采用聚丙烯腈基碳纤维为原料制备碳纤维缝合线的具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、选取4股聚丙烯腈基碳纤维纱(所选纤维纱的技术规格为：细度1K，线密度66g/1000m，密度1.76g/cm3，抗拉强度3.53GPa)，然后按照S捻的加捻方式对其中2股聚丙烯腈基碳纤维纱进行初捻合股，得到S初捻纱，按照Z捻的加捻方式对另外2股聚丙烯腈基碳纤维纱进行初捻合股，得到Z初捻纱；所述初捻合股的捻度为200捻/米；
步骤二、将步骤一中所述S初捻纱和Z初捻纱按照S捻的加捻方式复捻合股，得到坯线；所述复捻合股的捻度为300捻/米；
步骤三、将步骤二中所述坯线置于常规上浆剂(环氧树脂胶液)中进行上浆处理，得到上浆线，上浆线的含胶量为3％，然后将所述上浆线在温度为200℃的温度下干燥6s，之后将干燥后的上浆线收卷，收卷张力为10N，得到碳纤维缝合线。
将对比例2与实施例1对比可知，二者的不同之处仅在于：实施例1采用聚乙烯醇胶液为上浆剂，而对比例2采用是常规上浆剂(环氧树脂胶液)。采用对比例2所述方法制备的碳纤维缝合线的技术规格为：直径0.9mm，拉伸强度993MPa，断裂应变1.2％。对比例2所制碳纤维缝合线与实施例1相比，碳纤维缝合线较硬，柔韧性差，缝合过程阻力大，线在使用过程中易退绕打结，剪线后仍有自动退捻现象，影响缝合过程连续进行。
通过对上述对比试验的结果进行分析可知：本发明通过先初捻后复捻的合股方式将捻向相反的两股线合股，有效解决了线退捻、打卷的问题；通过调整上浆剂类型后，碳纤维缝合线的柔韧性提高，耐磨损性增加，可缝合性能大大增加。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。