一种连续碳纤维防氧化防吸水的防护方法技术

一种连续碳纤维防氧化防吸水的防护方法，所述碳纤维外表设有包覆层，所述包覆层包括第一包覆层、第二包覆层，所述包覆层为热塑性材料，所述第二包覆层包覆在第一包覆层外，所述第一包覆层和第二包覆层二是同轴结构。

A continuous carbon fiber protection against oxidation and water absorption

A continuous carbon fiber anti-oxidation and anti-water absorption protection method is provided. The carbon fiber surface is provided with a cladding layer. The cladding layer comprises a first cladding layer and a second cladding layer. The cladding layer is a thermoplastic material. The second cladding layer is coated outside the first cladding layer. The first cladding layer and the second cladding layer are coaxial structures.

【技术实现步骤摘要】
一种连续碳纤维防氧化防吸水的防护方法
本专利技术涉及一种连续碳纤维防氧化防吸水的防护方法。
技术介绍
碳纤维是一种纤维状碳材料，它的强度比钢大、密度比铝小、在真空条件下比耐热钢还耐高温、具有与铜相近的导电性的纤维，是在电学、热学和力学性能方面都具有独特性能的新型材料。由于碳纤本身良好的机械、电学和化学性能，碳纤维在许多领域都具有潜在的应用前景。碳纤维的单支组成包括两种直径：7微米和9微米。通常使用的碳纤维通常是多个单支碳纤维的集合体，由多个碳纤维复合在一起。碳纤维本质上是一种高性能的碳基材料，在实质上仍然具有碳的特性，如在空气中高温下易于氧化、燃烧，易于吸水，而且一旦吸水或者氧化，其机械性能和电学性能都会严重下降。所以在实际应用中碳纤维通常是与树脂或者金属做成树脂基复合材料或者金属基复合材料，经过结构优化后，满足机械或者电力应用的需要。长春工业大学李红龙的硕士论文《改性酚醛树脂碳纤维复合材料的制备及其性能的研究》就报道了改性酚醛碳纤维复合材料的制备和性能，在酚醛树脂中添加2～3％的碳纤维既可改善酚醛树脂的导电性(2017年6月，长春工业大学硕士论文)。虽然碳纤维具有一定的导电性，但是实际应用中其导电性仍然要弱于铜等金属材料，为了改善碳纤维的导电性，中国民航飞行工程学院研究了碳纤维镀铜对其性能的改善，结果表明在碳纤维表明镀铜后，其导电性大大提高，可以用于飞机的防雷击(梁科,张华东,秦文峰.碳纤维复合材料金属铜涂层的制备及其导电性能研究[J].玻璃钢/复合材料,2016(05):61-64)。杨忠等研究了不同碳纤维增强环氧树脂复合材料的导电性能，证明当纤维布搭接面积增大时其导电性也逐渐增加(杨忠,薛浩鹏.不同碳纤维增强环氧树脂复合材料导电性能研究[J].天津科技,2017,44(07):63-64+67)。天津大学王睿研究了碳纤维表面进行金属化应用于电池屏蔽的技术，结果表明在碳纤维表面连续化镀镍之后，该复合材料满足了电磁屏蔽的需要(王睿.连续碳纤维表面金属化及其复合材料电磁屏蔽性能研究[D].天津大学,2012.)碳纤维具有较好的导电性，因此热性能和电性能一直是大家关注的重点，唐明静等研究了熔融共混法制备的聚醚醚酮/碳纤维(PEEK/CF)复合材料的热性能和电性能，结果表明随着碳纤维质量分数增加到10％,复合材料导电性能呈现出逾渗效应,但是逾渗值较高,在经过热处理后,碳纤维含量较高的复合材料电阻率呈现上升趋势(唐明静,邓建国,贺江平,罗世凯.聚醚醚酮/碳纤维复合材料热性能和电性能的研究[J].塑料工业,2009,37(04):53-56.)。国防科技大学丁海滨研究了碳纤维电热复合材料在风力发电叶片抗冰及高寒地区武器装备除冰保温需求，证明碳纤维在复合材料中具有较好的性能(丁海滨.碳纤维电热复合材料制备与性能研究[D].国防科学技术大学,2014.)。北京化工大学陈彤研究了热塑性导电复合材料的加工工艺，指出注塑机螺杆转速、注塑压力、保压压力等工艺参数对该复合材料体积电阻率都有影响(陈彤.导电性热塑性复合材料的研究[D].北京化工大学,2015.)。已有的研究结果表明，碳纤维可以制备热塑性和热固性复合材料用于加热器件，这些材料中碳纤维作为填料或者增强材料，一般都是采用短切纤维或者纤维毡进行使用。碳纤维作为连续性纤维如果改为短切纤维或纤维毡进行使用需要进行短切加工，这增加了加工难度和工艺复杂性，如果能够直接使用连续纤维进行加热将大大降低工艺复杂性，减低加工难度，同时还保持了碳纤维的连续性，有利于提高器件的强度和韧性。但是连续碳纤维在使用过程中如果在空气或其它氧化性气氛条件下使用时，易于受到氧化或者吸附空气中的水分，从而导致碳纤维的性能大大降低，同时也降低了碳纤维的寿命。如何防止碳纤维受到氧化性气氛以及水等其它污染物的腐蚀，保证良好的机械和电学性能以及化学稳定性，就成为碳纤维应用中需要克服的一大难题。本专利针对连续碳纤维使用中所面临的这一技术难题，开发了一种连续碳纤维的抗氧化、防水防护技术，通过在连续碳纤维表面包覆一层或几层柔性热塑性树脂，在保持连续碳纤维柔性的同时，避免受空气中的氧气以及其它氧化性气氛的腐蚀和防止水分等的吸附。
技术实现思路
本专利技术针对目前现有技术的不足，提出一种可连续对碳纤维做防氧化防吸水处理的方法。本专利技术采用的技术方案是，一种连续碳纤维防氧化防吸水的防护方法，所述碳纤维外表设有包覆层，所述包覆层包括第一包覆层、第二包覆层，所述包覆层为热塑性材料，第一包覆层中含有包覆层材料重量0.5％的偶联剂，所述第二包覆层包覆在第一包覆层外，第一包覆层和第二包覆层是同轴结构。进一步说，所述碳纤维是T300、T700、T800、T1000型号中的任一一种。进一步说，所述热塑性材料是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯材料中的任一一种，第一包覆层和第二包覆层选用的热塑性材料不同。进一步说，所述偶联剂为KH550或者KH560。进一步说，所述第一包覆层和第二包覆层采用拉挤成型，所述拉挤成型包括挤出机和成型模，所述成型模包括前模和后模，所述前模和后模分别设有一锥形圆孔，前模侧壁和后模侧壁分别设有一进料孔，所述前模的锥形圆孔孔径小于后模的锥形圆孔孔径，所述前模和后模同轴设置，所述挤出机对应进料孔，所述碳纤维先穿过前模，再穿过后模。进一步说，成型第一包覆层和第二包覆层的挤出成型温度高于所选材料的熔点或玻璃化温度20～30℃以上，同时不超过所选材料的分解温度。进一步说，第一包覆层的外直径为3毫米，第二包覆层的外直径为5毫米，第一包覆层的外直径即为第二层的内直径，挤出机加压长度为100毫米，对聚氯乙烯的挤出成型温度为120℃，对聚乙烯的挤出成型温度为160℃，挤出后在空气中进行冷却，冷却长度为10米，第一包覆层和第二包覆层的温度低于50℃时，收卷。本专利技术相比现有技术所具有的优点：本专利技术形成包覆结构后可以有效防止碳纤维发生氧化或者从工作环境中吸水，有效提高了连续碳纤维的寿命和工作效率，在处理成型过程中实现连续成型工艺，大幅提升的加工效率。附图说明图1是本专利技术所述成型模的结构示意图。具体实施方式实施例1一种连续碳纤维防氧化防吸水的防护方法，所述碳纤维外表设有包覆层，所述包覆层包括第一包覆层、第二包覆层，所述包覆层为热塑性材料，在碳纤维表面包覆第一包覆层前，为改善连续碳纤维与第一包覆层的结合强度，选择KH550或者KH560偶联剂预先与第一包覆层进行混合，所述第二包覆层包覆在第一包覆层外，所述第一包覆层和第二第二包覆层是同轴结构。本实施例所述碳纤维是T300、T700、T800、T1000型号中的任一一种。本实施例所述热塑性材料是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯材料中的任一一种，第一包覆层和第二包覆层选用的热塑性材料不同。本实施例所述第一包覆层和第二包覆层采用拉挤成型，所述拉挤成型包括挤出机和成型模，所述成型模包括前模1和后模2，所述前模1和后模2分别设有一锥形圆孔，前模1侧壁和后模2侧壁分别设有一进料孔，所述前模1的锥形圆孔孔径小于后模2的锥形圆孔孔径，所述前模1和后模2同轴设置，所述挤出机对应进料孔，所述碳纤维先穿过前模1，再穿过后模2。所述碳纤维线先穿过前模1因前模1的孔径小，包覆第一包覆层，而后穿过后模2时包覆第二包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续碳纤维防氧化防吸水的防护方法，其特征是，所述碳纤维外表设有包覆层，所述包覆层包括第一包覆层、第二包覆层，所述包覆层为热塑性材料，第一包覆层中含有包覆层材料重量0.5％的偶联剂，所述第二包覆层包覆在第一包覆层外，所述第一包覆层和第二包覆层二是同轴结构。

【技术特征摘要】
1.一种连续碳纤维防氧化防吸水的防护方法，其特征是，所述碳纤维外表设有包覆层，所述包覆层包括第一包覆层、第二包覆层，所述包覆层为热塑性材料，第一包覆层中含有包覆层材料重量0.5％的偶联剂，所述第二包覆层包覆在第一包覆层外，所述第一包覆层和第二包覆层二是同轴结构。2.如权利要求1所述的一种连续碳纤维防氧化防吸水的防护方法，其特征是，所述碳纤维是T300、T700、T800、T1000型号中的任一一种。3.如权利要求1所述的一种连续碳纤维防氧化防吸水的防护方法，其特征是，所述热塑性材料是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯材料中的任一一种，第一包覆层和第二包覆层选用的热塑性材料不同。4.如权利要求1所述的一种连续碳纤维防氧化防吸水的防护方法，其特征是，所述偶联剂为KH550或者KH560。5.如权利要求1所述的一种连续碳纤维防氧化防吸水的防护方法，其特征是，所述第一包覆层和第二包覆层采用拉挤成型，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永峥，
申请(专利权)人：嘉兴嘉禾瑞谷环境技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33