[发明专利]展宽碳纤维丝束上浆、捻纱工艺、设备及应用

说明书

本发明提出了一种展宽碳纤维丝束上浆、捻纱工艺、设备及应用，包括以下步骤，提供展宽碳纤维丝束；上浆，将展宽碳纤维丝束浸入液态上浆剂中，再挤压去除碳纤维丝束内多余的浆液；捻纱，对碳纤维丝束绕展宽碳纤维丝轴向旋转加捻成螺旋形状或圆柱形状的丝束；烘干，将碳纤维丝束送入烘箱烘干；其中所述上浆步骤和捻纱步骤的先后顺序可以相互颠倒。通过对展宽碳纤维丝束上浆、捻纱，纤维均匀分布于纤维纱线柱体内，随捻度沿纤维轴线螺旋分布，纤维之间有一定的抱合力，适用于3D打印含浆膜碳纤维的异形结构和垫纱机构制备含浆膜碳纤维的预制体。

技术领域

本发明涉及碳纤维技术领域，尤其涉及一种展宽碳纤维丝束上浆、捻纱工艺、设备及应用。

背景技术

碳纤维是一类脆性纤维材料，在生产及加工过程中，往往与设备部件有机械摩擦导致碳纤维起毛断纱，使得碳纤维丝束力学强度降低或生产加工效率降低。同时，由于毛丝的存在，在碳纤维预制体浸渍树脂时也会导致树脂基体不能充分浸润碳纤维，在复合材料制备过程中容易产生气泡或空隙，从而最终影响复合材料的力学性能。另外，毛丝的存在还会对工作环境产生影响，可能造成某些电器设备、仪表或电路等短路事故，严重影响到生产和安全。因此碳纤维提前上浆，在碳纤维表面覆盖一层几十纳米厚度的有机高分子薄膜，增加韧性、耐磨性和相互之间的粘结性，是解决碳纤维断纤和后道复合材料加工成型缺陷等问题的关键。

展宽碳纤维是一种将碳纤维分布均匀的扁平丝束，是制备轻质高强碳纤维复合材料的增强体。然而，在某些碳纤维加工成型领域，展宽碳纤维丝束不适合特定结构的加工工艺，将展宽碳纤维加捻获得纤维分布均匀的螺旋结构或圆柱体结构的碳纤维丝束，将使得碳纤维在螺旋柱体内均匀分布，受力时承力更加均匀，同时减少后道工序中碳纤维断纤造成的飞花，该类结构丝束在碳纤维长丝3D打印异形结构和垫纱机构制备碳纤维预制体时有广泛的应用前景。

目前，展宽碳纤维上浆的国内公开专利包括：CN201610166675.2(一种碳纤维展宽设备和工艺)，CN201410451043.1(一种碳纤维上浆后的干燥方法)，CN201520098738.6(一种超薄碳纤维束的制备设备)，CN201711280039.3(一种碳纤维丝展纱加工方法)，CN201510077085.8(一种超薄碳纤维束的制备方法及设备)，主要涉及如何将碳纤维丝束展宽的工艺、展宽的设备以及上浆后干燥方法，尚未涉及本发明上浆加捻一体成型的碳纤维柱体纱工艺。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种展宽碳纤维丝束上浆、捻纱工艺、设备及应用，展宽碳纤维丝束加捻后纤维均匀分布于纤维纱线柱体内，随捻度沿纤维轴线螺旋分布，纤维之间有一定的抱合力，适用于3D打印异形结构和垫纱机构制备碳纤维预制体。

本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种展宽碳纤维丝束上浆、捻纱工艺，其包括以下步骤，

提供展宽碳纤维丝束；

上浆，将展宽碳纤维丝束通过表面平滑的罗拉挤压展平，浸入液态上浆剂中，再通过罗拉挤压去除碳纤维丝束内多余的浆液；

捻纱，对上浆后展宽碳纤维丝束绕展宽碳纤维丝束中心轴线方向旋转加捻成螺旋形状或圆柱形状的丝束；

烘干，将上浆且加捻后的碳纤维丝束送入烘箱烘干；

其中所述上浆步骤和捻纱步骤的先后顺序可以相互颠倒。

具体的，对于展宽碳纤维丝束来料规格不做限定，优选1～48K。具体的，可选1K、3K、6K、12K、24K和48K。单根碳纤维一般采用直径为7微米的连续长丝。