[發明專利]纏繞成型用碳纖維束及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010954295.1
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112048854B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 張淑斌;杭傳偉;徐牛牛;彭飛;田磊;陳明新
• 申請（專利權）人: 江蘇恒神股份有限公司
• 主分類號: D06B3/02
• 分類號: D06B3/02;D06B15/00;D06B23/02;D06M15/55;D06M15/564;D06M15/53;D06M13/224;D06M101/40
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 聞盼盼

本發明公開了一種纏繞成型用碳纖維束及其制備方法和應用，涉及碳纖維技術領域。該纏繞成型用碳纖維束，根據下式定義的K值在6.5～8.5之間；K＝L/D；其中，L為纖維束的幅寬，單位mm，L為5.5?6mm；D為纖維束的線密度，單位g/m。其制備方法包括：將預處理后的纖維置于上漿劑中浸漬上漿，隨后于125～145℃下干燥20～30s，上漿到干燥過程中的纖維束張力控制在8～60mN/tex。本申請通過對纖維束的幅寬和線密度的比值進行限定，實現對相對幅寬進行限定，能夠保證纖維素含浸的均一程度高，成型體的厚度均一性佳，使得該碳纖維束在芯軸上緊密排列不產生縫隙，能夠快速含浸樹脂，且具有較高的強度轉化率。

技術領域

本發明涉及碳纖維技術領域，具體而言，涉及一種纏繞成型用碳纖維束及其制備方法和應用。

背景技術

與其它的增強纖維相比，碳纖維具有強度、模量高，質量輕的特點，隨著近年來碳纖維產量的提升和成本的下降，其應用范圍從最初的航空航天領域以及高端體育娛樂領域，已經快速擴展到了汽車應用、風電能源、壓力容器以及建筑補強等在多個工業領域。特別是近年來隨著世界各國對新能源汽車的政策傾向，在壓力容器領域，作為天然氣、氫氣等新型能源汽車燃料的氣體儲罐，由于對制品具有高強輕量的要求，通常是使用以碳纖維作為補強纖維通過纏繞成型獲得的罐體，因此對碳纖維的需求量在持續快速增加。

在使用碳纖維束作為增強材料，以環氧樹脂等作為基體材料，通過纏繞成型制備高壓氣瓶等壓力容器時，最終成型品的性能，與碳纖維束的性能和品質有直接的關系。碳纖維束不僅必須能夠滿足在快速纏繞的生產過程中對纖維工藝性能的要求，如起毛量等，并且要能夠在成型品中將自身的優良物性，尤其是強度特性充分的發揮出來。

在對復合材料氣瓶等壓力容器進行設計時，為了獲得具有足夠耐壓能力的產品，會對碳纖維的強度有明確的要求。需要的壓力容器的耐壓程度越高，就需要越高拉伸強度的碳纖維。將碳纖維在復合材料制品中所表現出的強度與碳纖維束真實強度的比例，定義為碳纖維束的強度轉化率。強度轉化率越高，就可以使用更少的碳纖維來實現預定的復合材料制品性能，有利于減少原料成本。

影響碳纖維強度轉化率的因素很多，從理論上分析，基體樹脂的種類、成型工藝參數、纖維的狀態、界面結合強度、纖維在復合材料中的體積分數、復合材料中的缺陷和空隙率等都有可能會對碳纖維的強度轉化率產生影響。例如，根據文獻1(程勇等，紡絲工藝對碳纖維纏繞復合材料強度轉化率的影響.固體火箭技術.40,2(2017)：239-243)，采用干噴濕紡絲方法的碳纖維強度轉化率比采用濕法紡絲工藝的碳纖維要高10％左右，這主要是由于前者的表面更加光滑，因而更加耐磨，在工藝過程中的強度損失小，且能夠形成強度適當的界面。根據文獻2(Weiming Chen et al.Effect of new epoxy matrix for T800 carbonfiber/epoxy filament wound composites.Composites Science and Technology.67(2007):2261–2270)，樹脂種類會對碳纖維NOL環強度產生明顯的影響，通過改善樹脂配方，NOL環的拉伸強度能夠從2200MPa左右增加到2500MPa左右。在文獻3(李翠云等.提高碳纖維復合材料容器纖維強度發揮率的方法.宇航材料工藝.5(2013)：78-80；)中則提出了纖維性能的離散性、基體樹脂、內襯等因素會對碳纖維復合材料容器中纖維強度發揮率產生影響。

但是，針對碳纖維束自身除了強度以外的其它狀態對其轉化率的影響的研究，尚未有文獻明確指出。

鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種纏繞成型用碳纖維束及其制備方法和應用，該纏繞成型用碳纖維束在纏繞時能夠在芯軸上緊密排列不產生縫隙，能夠快速含浸樹脂，且強度轉化率高。

本發明是這樣實現的：

第一方面，本發明實施例提供一種纏繞成型用碳纖維束，根據下式定義的K值在6.5～8.5之間；