【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳纤维复合材料，特别是涉及一种纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材及其制备方法。
技术介绍
1、高模量碳纤维(hmcf)具有比铝合金大5-7倍的比模量，以及比金属材料更小的质量密度，其增强复合材料可以在温度交变环境中实现零膨胀，具有轻量化、高刚度和尺寸稳定性，因此广泛应用于航天飞行器、深空探测等领域。然而，目前hmcf的生产工艺包括3000℃高温石墨化过程，因此hmcf具有与纤维轴平行的更紧密的石墨晶层排列，且其表面的结构更接近三维有序的石墨结构，使得其表面呈现极高惰性且毛丝多，导致纤维的编织性能较差，加工过程容易发生断裂。因此，如何提高高模量碳纤维的编织性能是亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材及其制备方法，以解决高模量碳纤维编织性能差，加工过程容易断裂的问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供了一种纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材，包括碳纤维束和纳米纤维纱，所述纳米纤维纱包覆于所述碳纤维束的外表面；
4、所述碳纤维束为高模量碳纤维束，所述纳米纤维纱由聚合物材料经共轭静电纺丝法制备而成。
5、优选地，所述碳纤维束由1000-36000根高模量碳纤维丝组成，单根所述高模量碳纤维丝的直径为5-7μm。
6、优选地，所述高模量碳纤维丝的碳含量≥99％，拉伸强度≥3200mpa，拉伸模量≥350gpa，体密度
7、优选地，所述纳米纤维纱的包覆厚度为10-30μm。
8、优选地，所述纳米纤维纱的平均直径为50-800nm。
9、优选地，所述聚合物材料包括丝素蛋白、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、纳米纤维素、芳纶、芳砜纶中的一种或几种。
10、另一方面，本专利技术提供了一种纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材的制备方法，包括以下步骤：
11、(1)将聚合物材料与有机溶剂混合，得到静电纺丝液；
12、(2)将碳纤维束固定于静电纺丝机的收丝转盘，然后将所述静电纺丝液喷出至所述碳纤维束表面形成纳米纤维纱，得到纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材。
13、优选地，所述静电纺丝液的质量百分浓度为5-20％。
14、优选地，所述有机溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺中、二氯甲烷、甲酸、四氢呋喃和甲基吡咯烷酮中的一种或几种。
15、优选地，所述碳纤维束的移动速度为2-10mm/s。
16、优选地，所述静电纺丝机的纺丝针头与所述收丝转盘的距离为6-10cm。
17、优选地，所述收丝转盘的转速为200-1000rpm。
18、优选地，所述静电纺丝液的推进速度为0.2-3ml/h。
19、优选地，所述静电纺丝机的正极纺丝针头和负极纺丝针头之间的距离为9-15cm。
20、优选地，所述静电纺丝机的正极纺丝针头和负极纺丝针头喷出的静电纺丝液相同或者不同。
21、优选地，所述静电纺丝机的正极电压为4-20kv，负极电压为-4～-20kv。
22、本专利技术提供了一种纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材及其制备方法，与现有技术相比，其有益效果在于：
23、本专利技术利用共轭静电纺丝技术，在高模量碳纤维束表面引入了一层致密且均匀分布的纳米纤维纱，得到纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材，该复合丝材具有良好的耐磨性和韧性，进而提高了其编织性能，可加工性大幅提高；此外，本专利技术纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材的表面存在大量空隙，可以有效提高渗透性，并且纳米纤维纱可以起到一定的支撑作用，对应力传导起到缓冲作用，有利于复合丝材界面的强化。
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1.一种纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材，其特征在于，包括碳纤维束和纳米纤维纱，所述纳米纤维纱包覆于所述碳纤维束的外表面；
2.根据权利要求1所述的纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材，其特征在于，所述碳纤维束由1000-36000根高模量碳纤维丝组成，单根所述高模量碳纤维丝的直径为5-7μm；
3.根据权利要求1所述的纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材，其特征在于，所述纳米纤维纱的包覆厚度为10-30μm，所述纳米纤维纱的平均直径为50-800nm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材，其特征在于，所述聚合物材料包括丝素蛋白、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、纳米纤维素、芳纶、芳砜纶中的一种或几种。
5.一种权利要求1-4任一项所述的纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝液的质量百分浓度为5-20％；
7.根据权利要求5所述的纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材的制备方法，
8.根据权利要求5所述的纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝机的纺丝针头与所述收丝转盘的距离为6-10cm，所述收丝转盘的转速为200-1000rpm；
9.根据权利要求5所述的纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝机的正极纺丝针头和负极纺丝针头之间的距离为9-15cm；
10.根据权利要求5-9任一项所述的纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝机的正极电压为4-20kV，负极电压为-4～-20kV。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材，其特征在于，包括碳纤维束和纳米纤维纱，所述纳米纤维纱包覆于所述碳纤维束的外表面；
2.根据权利要求1所述的纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材，其特征在于，所述碳纤维束由1000-36000根高模量碳纤维丝组成，单根所述高模量碳纤维丝的直径为5-7μm；
3.根据权利要求1所述的纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材，其特征在于，所述纳米纤维纱的包覆厚度为10-30μm，所述纳米纤维纱的平均直径为50-800nm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材，其特征在于，所述聚合物材料包括丝素蛋白、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、纳米纤维素、芳纶、芳砜纶中的一种或几种。
5.一种权利要求1-4任一项所述的纳米纤维纱包覆的碳纤维束复合丝材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
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【专利技术属性】
技术研发人员：孙江曼，晁旭昇，张学军，田艳红，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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