一种碳纤维复合纺纱材料的制备方法与流程

1.本发明属于纺纱材料技术领域，具体涉及一种碳纤维复合纺纱材料的制备方法。


背景技术：

2.现在的纺织面料已高度体现出产品的新颖性、复杂性、多样化和功能化的特点，市场对于高性能、高附加值、特殊功能的服装、服饰及家纺面料产生巨大的需求，尤其在服装、服饰方面，现在人们在追求服装、服饰亮丽的同时，对其舒适度和安全性产生越来越大的需求，碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得，按状态分为长丝、短纤维和短切纤维；按力学性能分为通用型和高性能型﹑通用型碳纤维强度为1000兆帕(mpa)、模量为100gpa左右。高性能型碳纤维又分为高强型(强度2000mpa、模量250gpa)和高模型(模量300gpa以上)。强度大于4000mpa的又称为超高强型；模量大于450gpa的称为超高模型。随着航天和航空工业的发展，还出现了高强高伸型碳纤维，其延伸率大于2％。用量最大的是聚丙烯腈基碳纤维。
3.目前，人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维，只能采用一些含碳的有机纤维(如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等)做原料，将有机纤维跟塑料树脂结合在一起，以便制作纺纱材料，为了解决这些问题，我们提出一种碳纤维复合纺纱材料的制备方法。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种碳纤维复合纺纱材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳纤维复合纺纱材料的制备方法，包括以下步骤：
6.步骤一：按照重量份数，准备50-60份的粘胶纤维、25-30份的娜萦纤维、20-35份的脱乙酰甲壳素、15-20份的沥青通过干法混合，然后将混料拉丝，在空气中加热，温度维持在200℃-300℃，持续50分钟，然后在惰性气体中加热至1200℃，维持20分钟，再在惰性气氛中加热至2500℃，维持15秒；
7.步骤二：将粘胶纤维、爆萦纤维、脱乙酰甲壳素、沥青通过干法混合，然后将混料拉丝，在空气中加热，然后在惰性气氛中加热，再在一定条件下惰性气氛中加热，将制得的碳纤维通过传动装置浸入装满环氧树脂的浸渍槽，然后将浸渍好的碳纤维传送至加热装置中进行固化，待环氧树脂固化后传送出加热装置,取出制品。
8.步骤三：将制得的碳纤维通过传动装置浸入装满环氧树脂的浸渍槽；
9.步骤四：将浸渍好的碳纤维传送至加热装置中进行固化；
10.步骤五：将碳纤维材料加入至所述芳稠环分子溶液中，进行超声分散,将ph值调节为5-9，制得所述碳纤维材料的质量浓度为0.3mg/ml-0.9mg/ml的分子组装液；
11.步骤六：将瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵配制成的去离子水溶液,再将步骤三中所得的混合改性纤维用去离子水水洗后加入去离子水并加入所述瓜尔胶羟丙基三甲基氯化
铵的去离子水溶液,加入硼酸和甘油得到混合物,快速搅拌25～35min,随后慢速搅拌10～15min,对混合物进行干湿法纺丝，从而得到碳纤维复合纺纱材料；
12.优选的，所述步骤六中的瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵是一种具有良好成膜性、生物相容性、生物降解性、天然可再生并且安全无毒的水溶性溶胀高聚物。
13.优选的，所述步骤六中快速搅拌的转速为200-300r/min，慢速搅拌转速为110-130r/min。
14.优选的，所述步骤四中的固化时间为15min-20min，固化温度为150℃，在固化后需要对其进行10min的静置。
15.优选的，所述步骤三中的浸渍时间控制在15s-30s，所述浸渍槽中浸渍液的占比需要超过90％。
16.优选的，所述步骤一中的脱乙酰甲壳素的脱乙酰度为80％-95％，所述脱乙酰甲壳素使用时的温度应当在30℃以内。
17.优选的，所述步骤五中的超声分散时间为15～25min，随后缓慢加入1％的氢氧化钠溶液，过滤得到混合改性纤维。
18.优选的，所述步骤二中将粘胶纤维、爆萦纤维、脱乙酰甲壳素、沥青通过干法混合后需要进行1-2h的静置，在静置1-2h后需要对其进行顺时针的搅拌，搅拌时长为5min。
19.优选的，所述步骤五中的分子组装液的浓度为80％，在使用分子组装液需要保证外界环境温度在35℃以下，以保证分子组装液具有足够的活性。
20.优选的，所述步骤一中惰性气体的高纯氮气，所述步骤一中的加热方式为红外线烘箱。
21.与现有技术相比，本发明提供了一种碳纤维复合纺纱材料的制备方法，具备以下有益效果：
22.1、本发明通过在碳纤维表面构筑碳纳米材料/芳稠环组装体作为模量过渡层,提高了碳纤维复合材料的界面相模量,使得碳纤维与树脂基体的模量平稳过渡,同时树脂基体能充分浸润模量过渡层,实现碳纤维与树脂基体的机械啮合和化学键结合,改善碳纤维复合材料的界面粘结性能；
23.2、本发明通过使用的原料均是无污染、无公害的材料,对环境的污染程度小,所制得纺织材料具有良好的抗菌性能,具有抑菌、杀菌功能,所制得纺织材料以脱乙酰甲壳素作为基体,配合瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵能够大大改善其劣势性能，同时对其优势性能起到进一步的提升作用,对提升纺织材料的舒适性和抗菌性由极大的作用,使得制造出来纺织面料更加容易被人们所接受；
24.3、本发明通过使用的原料包括碳纤维、棉纤维、甲壳素纤维和改性纤维素纤维,纺纱后的纱线强度由于碳纤维的作用大大提高,能用于一些对纱线强度要求高的领域,同时棉纤维及改性纤维素纤维的应用使其吸湿透气性较好,且硼酸的加入能够提高纺织材料的柔软性,使得面料优异的养肤舒适功能和天然的抗菌抑菌性功能,满足人们所需要对纺织面料的要求。
具体实施方式
25.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明提供一种技术方案：一种碳纤维复合纺纱材料的制备方法，包括以下步骤：
27.步骤一：按照重量份数，准备50-60份的粘胶纤维、25-30份的娜萦纤维、20-35份的脱乙酰甲壳素、15-20份的沥青通过干法混合，然后将混料拉丝，在空气中加热，温度维持在200℃-300℃，持续50分钟，然后在惰性气体中加热至1200℃，维持20分钟，再在惰性气氛中加热至2500℃，维持15秒；
28.步骤二：将粘胶纤维、爆萦纤维、脱乙酰甲壳素、沥青通过干法混合，然后将混料拉丝，在空气中加热，然后在惰性气氛中加热，再在一定条件下惰性气氛中加热，将制得的碳纤维通过传动装置浸入装满环氧树脂的浸渍槽，然后将浸渍好的碳纤维传送至加热装置中进行固化，待环氧树脂固化后传送出加热装置,取出制品。
29.步骤三：将制得的碳纤维通过传动装置浸入装满环氧树脂的浸渍槽；
30.步骤四：将浸渍好的碳纤维传送至加热装置中进行固化；
31.步骤五：将碳纤维材料加入至所述芳稠环分子溶液中，进行超声分散,将ph值调节为5-9，制得所述碳纤维材料的质量浓度为0.3mg/ml-0.9mg/ml的分子组装液；
32.步骤六：将瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵配制成的去离子水溶液,再将步骤三中所得的混合改性纤维用去离子水水洗后加入去离子水并加入所述瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵的去离子水溶液,加入硼酸和甘油得到混合物,快速搅拌25～35min,随后慢速搅拌10～15min,对混合物进行干湿法纺丝，从而得到碳纤维复合纺纱材料；
33.本发明中，优选的，所述步骤六中的瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵是一种具有良好成膜性、生物相容性、生物降解性、天然可再生并且安全无毒的水溶性溶胀高聚物。
34.本发明中，优选的，所述步骤六中快速搅拌的转速为200-300r/min，慢速搅拌转速为110-130r/min。
35.本发明中，优选的，所述步骤四中的固化时间为15min-20min，固化温度为150℃，在固化后需要对其进行10min的静置。
36.本发明中，优选的，所述步骤三中的浸渍时间控制在15s-30s，所述浸渍槽中浸渍液的占比需要超过90％。
37.本发明中，优选的，所述步骤一中的脱乙酰甲壳素的脱乙酰度为80％-95％，所述脱乙酰甲壳素使用时的温度应当在30℃以内。
38.本发明中，优选的，所述步骤五中的超声分散时间为15～25min，随后缓慢加入1％的氢氧化钠溶液，过滤得到混合改性纤维。
39.本发明中，优选的，所述步骤二中将粘胶纤维、爆萦纤维、脱乙酰甲壳素、沥青通过干法混合后需要进行1-2h的静置，在静置1-2h后需要对其进行顺时针的搅拌，搅拌时长为5min。
40.本发明中，优选的，所述步骤五中的分子组装液的浓度为80％，在使用分子组装液需要保证外界环境温度在35℃以下，以保证分子组装液具有足够的活性。
41.本发明中，优选的，所述步骤一中惰性气体的高纯氮气，所述步骤一中的加热方式为红外线烘箱。
42.实施例一
43.一种碳纤维复合纺纱材料的制备方法，包括以下步骤：
44.步骤一：按照重量份数，准备50-60份的粘胶纤维、25-30份的娜萦纤维、20-35份的脱乙酰甲壳素、15-20份的沥青通过干法混合，然后将混料拉丝，在空气中加热，温度维持在200℃-300℃，持续50分钟，然后在惰性气体中加热至1200℃，维持20分钟，再在惰性气氛中加热至2500℃，维持15秒；
45.步骤二：将粘胶纤维、爆萦纤维、脱乙酰甲壳素、沥青通过干法混合，然后将混料拉丝，在空气中加热，然后在惰性气氛中加热，再在一定条件下惰性气氛中加热，将制得的碳纤维通过传动装置浸入装满环氧树脂的浸渍槽，然后将浸渍好的碳纤维传送至加热装置中进行固化，待环氧树脂固化后传送出加热装置,取出制品。
46.步骤三：将制得的碳纤维通过传动装置浸入装满环氧树脂的浸渍槽；
47.步骤四：将浸渍好的碳纤维传送至加热装置中进行固化；
48.步骤五：将碳纤维材料加入至所述芳稠环分子溶液中，进行超声分散,将ph值调节为5-9，制得所述碳纤维材料的质量浓度为0.3mg/ml-0.9mg/ml的分子组装液；
49.步骤六：将瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵配制成的去离子水溶液,再将步骤三中所得的混合改性纤维用去离子水水洗后加入去离子水并加入所述瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵的去离子水溶液,加入硼酸和甘油得到混合物,快速搅拌25～35min,随后慢速搅拌10～15min,对混合物进行干湿法纺丝，从而得到碳纤维复合纺纱材料；
50.本发明中，优选的，所述步骤六中的瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵是一种具有良好成膜性、生物相容性、生物降解性、天然可再生并且安全无毒的水溶性溶胀高聚物。
51.本发明中，优选的，所述步骤六中快速搅拌的转速为200-300r/min，慢速搅拌转速为110-130r/min。
52.本发明中，优选的，所述步骤四中的固化时间为15min-20min，固化温度为150℃，在固化后需要对其进行10min的静置。
53.本发明中，优选的，所述步骤三中的浸渍时间控制在15s-30s，所述浸渍槽中浸渍液的占比需要超过90％。
54.本发明中，优选的，所述步骤一中的脱乙酰甲壳素的脱乙酰度为80％-95％，所述脱乙酰甲壳素使用时的温度应当在30℃以内。
55.本发明中，优选的，所述步骤五中的超声分散时间为15～25min，随后缓慢加入1％的氢氧化钠溶液，过滤得到混合改性纤维。
56.本发明中，优选的，所述步骤二中将粘胶纤维、爆萦纤维、脱乙酰甲壳素、沥青通过干法混合后需要进行1-2h的静置，在静置1-2h后需要对其进行顺时针的搅拌，搅拌时长为5min。
57.本发明中，优选的，所述步骤五中的分子组装液的浓度为80％，在使用分子组装液需要保证外界环境温度在35℃以下，以保证分子组装液具有足够的活性。
58.本发明中，优选的，所述步骤一中惰性气体的高纯氮气，所述步骤一中的加热方式为红外线烘箱。
59.实施例二
60.一种碳纤维复合纺纱材料的制备方法，包括以下步骤：
61.步骤一：按照重量份数，准备50-60份的粘胶纤维、25-30份的娜萦纤维、20-35份的脱乙酰甲壳素、15-20份的沥青通过干法混合，然后将混料拉丝，在空气中加热，温度维持在200℃-300℃，持续50分钟，然后在惰性气体中加热至1200℃，维持20分钟，再在惰性气氛中加热至2500℃，维持15秒；
62.步骤二：将粘胶纤维、爆萦纤维、脱乙酰甲壳素、沥青通过干法混合，然后将混料拉丝，在空气中加热，然后在惰性气氛中加热，再在一定条件下惰性气氛中加热，将制得的碳纤维通过传动装置浸入装满环氧树脂的浸渍槽，然后将浸渍好的碳纤维传送至加热装置中进行固化，待环氧树脂固化后传送出加热装置,取出制品。
63.步骤三：将制得的碳纤维通过传动装置浸入装满环氧树脂的浸渍槽；
64.步骤四：将浸渍好的碳纤维传送至加热装置中进行固化；
65.步骤五：将碳纤维材料加入至所述芳稠环分子溶液中，进行超声分散,将ph值调节为5-9，制得所述碳纤维材料的质量浓度为0.3mg/ml-0.9mg/ml的分子组装液；
66.步骤六：将瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵配制成的去离子水溶液,再将步骤三中所得的混合改性纤维用去离子水水洗后加入去离子水并加入所述瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵的去离子水溶液,加入硼酸和甘油得到混合物,快速搅拌25～35min,随后慢速搅拌10～15min,对混合物进行干湿法纺丝，从而得到碳纤维复合纺纱材料；
67.本发明中，优选的，所述步骤六中的瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵是一种具有良好成膜性、生物相容性、生物降解性、天然可再生并且安全无毒的水溶性溶胀高聚物。
68.本发明中，优选的，所述步骤六中快速搅拌的转速为200-300r/min，慢速搅拌转速为110-130r/min。
69.本发明中，优选的，所述步骤四中的固化时间为15min-20min，固化温度为150℃，在固化后需要对其进行10min的静置。
70.本发明中，优选的，所述步骤三中的浸渍时间控制在15s-30s，所述浸渍槽中浸渍液的占比需要超过90％。
71.本发明中，优选的，所述步骤一中的脱乙酰甲壳素的脱乙酰度为80％-95％，所述脱乙酰甲壳素使用时的温度应当在30℃以内。
72.本发明中，优选的，所述步骤五中的超声分散时间为15～25min，随后缓慢加入1％的氢氧化钠溶液，过滤得到混合改性纤维。
73.本发明中，优选的，所述步骤二中将粘胶纤维、爆萦纤维、脱乙酰甲壳素、沥青通过干法混合后需要进行1-2h的静置，在静置1-2h后需要对其进行顺时针的搅拌，搅拌时长为5min。
74.本发明中，优选的，所述步骤五中的分子组装液的浓度为80％，在使用分子组装液需要保证外界环境温度在35℃以下，以保证分子组装液具有足够的活性。
75.本发明中，优选的，所述步骤一中惰性气体的高纯氮气，所述步骤一中的加热方式为红外线烘箱。
76.实施例三
77.一种碳纤维复合纺纱材料的制备方法，包括以下步骤：
78.步骤一：按照重量份数，准备50-60份的粘胶纤维、25-30份的娜萦纤维、20-35份的脱乙酰甲壳素、15-20份的沥青通过干法混合，然后将混料拉丝，在空气中加热，温度维持在
200℃-300℃，持续50分钟，然后在惰性气体中加热至1200℃，维持20分钟，再在惰性气氛中加热至2500℃，维持15秒；
79.步骤二：将粘胶纤维、爆萦纤维、脱乙酰甲壳素、沥青通过干法混合，然后将混料拉丝，在空气中加热，然后在惰性气氛中加热，再在一定条件下惰性气氛中加热，将制得的碳纤维通过传动装置浸入装满环氧树脂的浸渍槽，然后将浸渍好的碳纤维传送至加热装置中进行固化，待环氧树脂固化后传送出加热装置,取出制品。
80.步骤三：将制得的碳纤维通过传动装置浸入装满环氧树脂的浸渍槽；
81.步骤四：将浸渍好的碳纤维传送至加热装置中进行固化；
82.步骤五：将碳纤维材料加入至所述芳稠环分子溶液中，进行超声分散,将ph值调节为5-9，制得所述碳纤维材料的质量浓度为0.3mg/ml-0.9mg/ml的分子组装液；
83.步骤六：将瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵配制成的去离子水溶液,再将步骤三中所得的混合改性纤维用去离子水水洗后加入去离子水并加入所述瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵的去离子水溶液,加入硼酸和甘油得到混合物,快速搅拌25～35min,随后慢速搅拌10～15min,对混合物进行干湿法纺丝，从而得到碳纤维复合纺纱材料；
84.本发明中，优选的，所述步骤六中的瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵是一种具有良好成膜性、生物相容性、生物降解性、天然可再生并且安全无毒的水溶性溶胀高聚物。
85.本发明中，优选的，所述步骤六中快速搅拌的转速为200-300r/min，慢速搅拌转速为110-130r/min。
86.本发明中，优选的，所述步骤四中的固化时间为15min-20min，固化温度为150℃，在固化后需要对其进行10min的静置。
87.本发明中，优选的，所述步骤三中的浸渍时间控制在15s-30s，所述浸渍槽中浸渍液的占比需要超过90％。
88.本发明中，优选的，所述步骤一中的脱乙酰甲壳素的脱乙酰度为80％-95％，所述脱乙酰甲壳素使用时的温度应当在30℃以内。
89.本发明中，优选的，所述步骤五中的超声分散时间为15～25min，随后缓慢加入1％的氢氧化钠溶液，过滤得到混合改性纤维。
90.本发明中，优选的，所述步骤二中将粘胶纤维、爆萦纤维、脱乙酰甲壳素、沥青通过干法混合后需要进行1-2h的静置，在静置1-2h后需要对其进行顺时针的搅拌，搅拌时长为5min。
91.本发明中，优选的，所述步骤五中的分子组装液的浓度为80％，在使用分子组装液需要保证外界环境温度在35℃以下，以保证分子组装液具有足够的活性。
92.本发明中，优选的，所述步骤一中惰性气体的高纯氮气，所述步骤一中的加热方式为红外线烘箱。
[0093][0094]
综上所述，当粘胶纤维含量为50％、娜萦纤维含量为27％、脱乙酰甲壳素含量35％与沥青含量为20％时，所得到碳纤维复合纺纱材料的各项性能均保持最佳。
[0095]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。