一种改性复合纤维、其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性复合纤维、其制备方法和应用，属于复合材料制备领域。包括称量、研磨、纺丝、极化四个步骤，在合成纤维中掺杂有压电陶瓷颗粒，其中，压电陶瓷颗粒的分子式为

A modified composite fiber, its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种改性复合纤维、其制备方法和应用
本专利技术属于复合材料制备领域，尤其是一种改性复合纤维、其制备方法和应用。
技术介绍
一方面，纤维增强复合材料是由增强纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。根据增强材料的不同，常见的纤维增强复合材料分为玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料和芳纶纤维增强复合材料。纤维增强复合材料制成的缠绕件用于多种
中，例如制造熔化坩埚、风管或压力容器。在在做缠绕件时，一般将粘结剂浸渍的纤维沿着线圈模具缠绕并且铺设在线圈芯上。另一方面，由于无机压电陶瓷材料硬而脆特性以及高温烧结的制造环境，压电陶瓷材料更多停留在片状阶段，对于连续的压电陶瓷纤维制备比较困难，采用的纺丝法或挤出法，需要精密复杂的机械设备和繁琐复杂的工艺控制流程，制备成本较高。而且，在制造过程中，需使用大量有机胶粘剂，不仅对压电陶瓷纤维的压电性能有很大影响，而且仍然不能达到纤维一样的柔软性。单纯的纤维缠绕件制成复合材料后，每一个缠绕层之间不存在机械连接，仅依靠存在较弱的化学和/或物理结合力连接，在受力或长期使用过程中，特备是一些压力容器，其内部会出现裂纹，但是这些裂纹无法肉眼无法观测到，需要使用一些精密的光学设备或者是破坏性实验才能对其力学性能测试，在实际使用过程中显然不能满足上述条件。因此，申请人试图通过在纤维内部加入磁性或者压电陶瓷纤维，复合材料在受力的时候，复合材料的磁性参数或者电学参数会出现变化，这种变化可以被仪器方便的测试到，从而使使用者间接了解裂纹的情况，以判断和预测复合材料的寿命，达到使用安全。因此，如何克服无机压电陶瓷材料硬而脆特性，即达到连续化纤维的力学性能，又能满足压电陶瓷纤维的力学性能，成为解决上述问题的关键所在。
技术实现思路
专利技术目的：提供一种改性复合纤维、其制备方法和应用，以解决上述
技术介绍
中所涉及的问题。技术方案：本专利技术提供一种改性复合纤维，通过在合成纤维中掺杂有压电陶瓷颗粒，其中，所述压电陶瓷颗粒的分子式为，0≤x≤1；0≤y≤0.012。本专利技术还提供一种改性复合纤维的制备方法，包括如下步骤：步骤一、称量，将氧化铈、碳酸钠、碳酸钾、氧化铌烘干，然后按照分子式计算所需原料，然后精准称取原料；步骤二、研磨，将称取好的氧化铈、碳酸钠、碳酸钾、氧化铌倒入尼龙罐中，并加入乙醇至恰好研磨原料，然后在球磨机上充分研磨6～12小时，烘干后，在600～800℃煅烧2～6小时；然后加入乙醇，进行二次球磨，在球磨机上充分研磨6～12小时，最后烘干，过筛，得到直径小于20微米的原料颗粒；步骤三、纺丝，将所述原料颗粒加入合成纤维的纺丝溶剂中，在熔融纺丝机上进行纺丝，得到合成纤维的初生纤维，然后进行冷冻干燥、冷拉伸、退解并捻，得到连续的掺杂有的合成纤维；步骤四、极化，将所述掺杂有的合成纤维样品固定在夹具上，置于硅油中，增加样品的直流极化电压至2000～3000V/mm，保持30～60min，使其在电场中极化，最后冷冻干燥，即得到所述改性复合纤维。作为一个优选方案，所述氧化铈在研磨之前，在800～1000℃的温度煅烧2～6小时。作为一个优选方案，所述原料颗粒的质量占聚合成纤维纺丝溶剂的质量15～45%。作为一个优选方案，所述合成纤维为聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维中的一种。具体的，一种改性复合纤维的制备方法，包括如下步骤：步骤一、称量，将氧化铈、碳酸钠、碳酸钾、氧化铌烘干，然后按照分子式计算所需原料，然后精准称取原料；步骤二、研磨，将称取好的氧化铈、碳酸钠、碳酸钾、氧化铌倒入尼龙罐中，并加入乙醇至恰好研磨原料，然后在球磨机上充分研磨6～12小时，烘干后，在600～800℃煅烧2～6小时；然后加入乙醇，进行二次球磨，在球磨机上充分研磨6～12小时，最后烘干，过筛，得到直径小于20微米的原料颗粒；步骤三、纺丝，将所述原料颗粒加入聚乙烯醇纺丝溶剂中，在熔融纺丝机上进行纺丝，得到聚乙烯醇初生纤维，然后进行冷冻干燥、冷拉伸、退解并捻，得到连续的掺杂有的聚乙烯醇纤维；步骤四、极化，将所述聚乙烯醇纤维样品固定在夹具上，置于硅油中，增加样品的直流极化电压至2000～3000V/mm，保持30～60min，使其在电场中极化，最后冷冻干燥，即得到所述磁改性复合纤维。作为一个优选方案，所述氧化铈在研磨之前，在800～1000℃的温度煅烧2～6小时。作为一个优选方案，所述原料颗粒的质量占聚合成纤维纺丝溶剂的质量15～45%。作为一个优选方案，所述聚乙烯醇的聚合度为1800～24000，醇解度为92～99.9%本专利技术还提供一种改性复合纤维在用于制备便于受力测量的碳纤维缠绕件的应用，当纤维缠绕件在受力时，通过纤维缠绕件的磁性参数或者电学参数变化，分析纤维缠绕件的裂纹情况，其制备方法包括如下步骤：步骤一、清理模具，首先对模具表面进行抛光处理，将使用乙醇溶液将模具清洗表面至干净，然后将脱模剂均匀的涂抹于整个模具表面，然后对模具进行预热；步骤二、缠绕纤维，将模具进一步升温至90～125℃，首先，将浸渍有树脂的纤维增强材料以预定的缠绕速度、100～200N的缠绕张力、30～60度的缠绕角、右螺旋缠绕方向进行环向缠绕；然后，将磁改性复合纤维的复合材料以预定的缠绕速度、30～60度的缠绕角、左螺旋缠绕方向进行环向缠绕；最后，将浸渍有树脂的纤维增强材料以预定的缠绕速度、100～200N的缠绕张力、30～60度的缠绕角、右螺旋缠绕方向进行环向缠绕；步骤三、固化树脂，将模具继续升温至200～250℃，保温0.5～1h，树脂在高温和催化剂作用快速固化，得到高强度的纤维缠绕件；步骤四、切割修整，树脂固化后，会轻微收缩，在脱模剂的作用下，去取出模具，并对纤维缠绕件进行切割、修整。作为一个优选方案，所述脱模剂为液体脱模剂、润滑油、动植物油中的一种。作为一个优选方案，所述浸渍有树脂的纤维增强材料为碳纤维浸润聚氨酯树脂，其中，树脂质量浓度为30～50%。作为一个优选方案，所述磁改性复合纤维缠绕间距保持一致，其间距为20～150mm。在具体实施过程中，其测量方法包括如下步骤：步骤一、将所述弹纤维缠绕件制成后，在其两端的封装圆片上通入电源，形成电回路，检测所述纤维缠绕件外某一点的电场强度。步骤二、将纤维缠绕件置于外力作用的环境中，采用步骤一相同的方法测量其相对位置不变的某一点的电场强度。步骤三、对比电场强度，通过比例系数确定纤维缠绕件的受力情况和其内部应力变化。作为一个优选方案，所述纤维缠绕件的压电圆片的电场强度为：其中，为两端的封装片的电势差，为磁改性复合纤维的缠绕圈数，磁改性复合纤维缠绕的半径，当缠绕件受到外力作用时，其会发生形变，为缠绕角。另外，当缠绕纤维收到切向外力矩时，则半径为r本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性复合纤维，其特征在于，在合成纤维中掺杂有压电陶瓷颗粒，其中，所述压电陶瓷颗粒的分子式为

【技术特征摘要】
1.一种改性复合纤维，其特征在于，在合成纤维中掺杂有压电陶瓷颗粒，其中，所述压电陶瓷颗粒的分子式为，0≤x≤1；0≤y≤0.012。


2.一种改性复合纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、称量，将氧化铈、碳酸钠、碳酸钾、氧化铌烘干，然后按照分子式计算所需原料，然后精准称取原料；
步骤二、研磨，将称取好的氧化铈、碳酸钠、碳酸钾、氧化铌倒入尼龙罐中，并加入乙醇至恰好研磨原料，然后在球磨机上充分研磨6～12小时，烘干后，在600～800℃煅烧2～6小时；然后加入乙醇，进行二次球磨，在球磨机上充分研磨6～12小时，最后烘干，过筛，得到直径小于20微米的原料颗粒；
步骤三、纺丝，将所述原料颗粒加入合成纤维的纺丝溶剂中，在熔融纺丝机上进行纺丝，得到合成纤维的初生纤维，然后进行冷冻干燥、冷拉伸、退解并捻，得到连续的掺杂有的合成纤维；
步骤四、极化，将所述掺杂有的合成纤维样品固定在夹具上，置于硅油中，增加样品的直流极化电压至2000～3000V/mm，保持30～60min，使其在电场中极化，最后冷冻干燥，即得到所述改性复合纤维。


3.根据权利要求2所述的改性复合纤维制备方法，其特征在于，所述氧化铈在研磨之前，在800～1000℃的温度煅烧2～6小时。


4.根据权利要求2所述的改性复合纤维制备方法，其特征在于，所述原料颗粒的质量占聚合成纤维纺丝溶剂的质量15～45%。


5.根据权利要求2所述的改性复合纤维制备方法，其特征在于，所述合成纤维为聚酯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维中的一种。


6.一种改性复合纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、称量，将氧化铈、碳酸钠、碳酸钾、氧化铌烘干，然后按照分子式计算所需原料，然后精准称取原料；
步骤二、研磨，将称取好的氧化铈、碳酸钠、碳酸钾、氧化铌倒入尼龙罐中，并加入乙醇至恰好研磨原料，然后在球磨机上充分研磨6～12小时，烘干后，在600～800℃煅烧2～6小时；然后加入乙醇，进行二次球磨，在球磨机上充分研磨6～12小时，最后烘干，过筛，得到直径小于20微米的...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞以晨，张超，
申请(专利权)人：南京今励新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32