CN109517338B - 一种高模量碳纤维预浸布及制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳纤维技术领域，具体地说是一种高模量碳纤维预浸布及制作工艺，该预浸布的配方由高模量碳纱和黏连碳纱的胶液组成，所述的胶液的配方由双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂组成，该制作工艺的步骤如下：（一）、配胶液；（二）、拉丝；（三）、开纤；（四）、复合，通过四个步骤完成干燥后即形成碳纤维预浸布，具有丝束整齐、厚度均匀、韧性强、超薄等优点。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维技术领域，具体地说是一种丝束整齐、厚度均匀、韧性强、超薄的高模量碳纤维预浸布及制作工艺。
背景技术
众所周知，碳纤维是一种纤维状碳材料，它的强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，是一种具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料，同时其凭借重量轻、高强度、高模量、导电、导热、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等多种优异性能，已广泛应用于航空航天、体育用品、高铁、新能源汽车、电子产品等领域。
目前，由于市场上销售的碳纤维预浸布由于受成分和工艺的限制，导致生产处的预浸布普遍厚度较大，厚度一般为0.1mm以上，无法应用在电子产品等受体积限制的产品上，因此也限制了碳纤维预浸布产品的应用，如果利用现有的成分和工艺制作的薄的碳纤维预浸布又会存在断丝、丝束不整齐、厚度不均匀、有缝隙的缺陷，在再次加工时又会存在韧性不足发生断裂的风险。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种丝束整齐、厚度均匀、韧性强、超薄的高模量碳纤维预浸布及制作工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高模量碳纤维预浸布，该预浸布的配方由高模量碳纱和黏连碳纱的胶液组成，所述的高模量碳纱和黏连碳纱的胶液的重量份比为高模量碳纱2~5份，胶液1~3份，所述的胶液的配方由双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂组成，所述的双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂的重量份分别为双酚A型环氧树脂80~90份、高纯度固态环氧树脂8~20份、苯酚型酚醛环氧树脂1~8份、增韧剂1~5份、固化剂2~8份和促进剂1~7份。
本发明所述的双酚A型环氧树脂的环氧当量为176~220g/eq，黏度为12000~15000cps/25℃，所述的高纯度固态环氧树脂的环氧当量为450~2500g/eq，所述的苯酚型酚醛环氧树脂的环氧当量为168~190g/eq。
本发明所述的高纯度固态环氧树脂由环氧当量为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂和环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂，其重量份比分别为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂4~9份、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂2~5份、环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂0.5~3份。
本发明所述的胶液中含有增稠剂，增稠剂的重量份为2~6份。
一种高模量碳纤维预浸布的制作工艺，其特征在于该制作工艺的步骤如下：
（一）、配胶液：取双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂，按照重量份分别为双酚A型环氧树脂80~90份、高纯度固态环氧树脂8~20份、苯酚型酚醛环氧树脂1~8份、增韧剂1~5份、固化剂2~8份和促进剂1~7份进行混合，混合均匀后按照每平方米5~15g胶液均匀涂抹在离型纸上；
（二）、拉丝：取高模量碳纱，将高模量碳纱施加0~500N的力进行拉碳丝；
（三）、开纤：将拉好的碳丝进行开纤，开纤形成厚度为3~45微米并排的丝束；
（四）、复合：将步骤（一）中涂抹好胶液的离型纸对称的放置在两个压辊之间，然后将步骤（三）种开纤好的丝束平铺穿过两层涂满胶液的离型纸之间，进行复合，复合完成干燥后即形成厚度为3~45微米的碳纤维预浸布。
本发明所述的步骤（二）中采用的拉力为278~334N的拉力。
本发明由于采用高模量碳纱和黏连碳纱的胶液，并由特殊配方的胶液和制作工艺方法，具有丝束整齐、厚度均匀、韧性强、超薄等优点。
具体实施方式
下面对本发明进一步说明：
一种高模量碳纤维预浸布，该预浸布的配方由高模量碳纱和黏连碳纱的胶液组成，所述的高模量碳纱和黏连碳纱的胶液的重量份比为高模量碳纱2~5份，胶液1~3份，所述的胶液的配方由双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂组成，所述的双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂的重量份分别为双酚A型环氧树脂80~90份、高纯度固态环氧树脂8~20份、苯酚型酚醛环氧树脂1~8份、增韧剂1~5份、固化剂2~8份和促进剂1~7份，所述的双酚A型环氧树脂的环氧当量为176~220g/eq，黏度为12000~15000cps/25℃，所述的高纯度固态环氧树脂的环氧当量为450~2500g/eq，所述的苯酚型酚醛环氧树脂的环氧当量为168~190g/eq，所述的高纯度固态环氧树脂由环氧当量为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂和环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂，其重量份比分别为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂4~9份、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂2~5份、环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂0.5~3份，所述的胶液中含有增稠剂，增稠剂的重量份为2~6份，其制作工艺的步骤如下：（一）、配胶液：取双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂，按照重量份分别为双酚A型环氧树脂80~90份、高纯度固态环氧树脂8~20份、苯酚型酚醛环氧树脂1~8份、增韧剂1~5份、固化剂2~8份和促进剂1~7份进行混合，混合均匀后按照每平方米5~15g胶液均匀涂抹在离型纸上；（二）、拉丝：取高模量碳纱，将高模量碳纱施加0~500N的力进行拉碳丝；（三）、开纤：将拉好的碳丝进行开纤，开纤形成厚度为3~45微米并排的丝束；（四）、复合：将步骤（一）中涂抹好胶液的离型纸对称的放置在两个压辊之间，然后将步骤（三）种开纤好的丝束平铺穿过两层涂满胶液的离型纸之间，进行复合，复合完成干燥后即形成厚度为3~45微米的碳纤维预浸布，所述的步骤（二）中采用的拉力为278~334N的拉力，得到的碳纤维预浸布的树脂含量为44±2%，挥发分＜0.3%，数值积分焓变大于95J/g，拉伸模量≥180g/pa，而现有的厚的碳纤维预浸布的树脂含量为44±3%，该树脂含量在±3%的范围内很难突破，挥发分＜3%，数值积分焓变为70J/g左右，拉伸模量≥200g/pa，其中厚的碳纤维预浸布的拉伸模量收到其厚度的限制很大，一旦变薄，其拉伸模量特别低，甚至断裂。
上述所述的高模量碳纱为46T、60T、65T、80T以上的碳纱。
下面通过实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
一种高模量碳纤维预浸布，该预浸布的配方由高模量碳纱和黏连碳纱的胶液组成，所述的高模量碳纱和黏连碳纱的胶液的重量份比为高模量碳纱3份，胶液2份，高模量碳纱取46T的碳纱，所述的胶液的配方由双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂组成，所述的双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂的重量份分别为双酚A型环氧树脂84份、高纯度固态环氧树脂12份、苯酚型酚醛环氧树脂3份、增韧剂2份、固化剂6份和促进剂3份，所述的双酚A型环氧树脂的环氧当量为176~220g/eq，黏度为12000~15000cps/25℃，所述的高纯度固态环氧树脂的环氧当量为450~2500g/eq，所述的苯酚型酚醛环氧树脂的环氧当量为168~190g/eq，所述的高纯度固态环氧树脂由环氧当量为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂和环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂，其重量份比分别为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂6份、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂3份、环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂1份，其制作工艺的步骤如下：（一）、配胶液：取双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂，按照重量份分别为双酚A型环氧树脂84份、高纯度固态环氧树脂12份、苯酚型酚醛环氧树脂3份、增韧剂2份、固化剂6份和促进剂3份进行混合，混合均匀后按照每平方米10g胶液均匀涂抹在离型纸上；（二）、拉丝：取高模量碳纱，46T的一束12000根碳丝的碳纱，该碳纱参数厚度为0.38~0.45mm、丝束宽为2mm、厚度为0.2mm，将高模量碳纱施加300的力进行拉碳丝；（三）、开纤：将拉好的碳丝进行开纤，开纤形成厚度为3~45微米并排的丝束；（四）、复合：将步骤（一）中涂抹好胶液的离型纸对称的放置在两个压辊之间，然后将步骤（三）种开纤好的丝束平铺穿过两层涂满胶液的离型纸之间，进行复合，复合完成干燥后即形成厚度为3~45微米的碳纤维预浸布，上述所述的增韧剂采用聚丁二烯橡胶，其环氧当量为200~350g/eq，所述的固化剂为双氰胺（DICY），所述的促进剂采用咪唑，该碳纤维预浸布的树脂含量为44%，挥发分0.2%，数值积分焓变大于100J/g，拉伸模量210g/pa。
实施例2
一种高模量碳纤维预浸布，该预浸布的配方由高模量碳纱和黏连碳纱的胶液组成，所述的高模量碳纱和黏连碳纱的胶液的重量份比为高模量碳纱4份，胶液3份，所述的胶液的配方由双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂组成，所述的双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂的重量份分别为双酚A型环氧树脂80份、高纯度固态环氧树脂8份、苯酚型酚醛环氧树脂1份、增韧剂1份、固化剂2份和促进剂1份，所述的双酚A型环氧树脂的环氧当量为176~220g/eq，黏度为12000~15000cps/25℃，所述的高纯度固态环氧树脂的环氧当量为450~2500g/eq，所述的苯酚型酚醛环氧树脂的环氧当量为168~190g/eq，所述的高纯度固态环氧树脂由环氧当量为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂和环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂，其重量份比分别为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂4份、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂2份、环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂3份，所述的胶液中含有增稠剂，增稠剂的重量份为3份，其制作工艺的步骤如下：（一）、配胶液：取双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂，按照重量份分别为双酚A型环氧树脂80份、高纯度固态环氧树脂8份、苯酚型酚醛环氧树脂1份、增韧剂1份、增稠剂3份、固化剂2份和促进剂1份进行混合，混合均匀后按照每平方米7胶液均匀涂抹在离型纸上；（二）、拉丝：取高模量碳纱，将高模量碳纱施加326N的力进行拉碳丝；（三）、开纤：将拉好的碳丝进行开纤，开纤形成厚度为3~45微米并排的丝束；（四）、复合：将步骤（一）中涂抹好胶液的离型纸对称的放置在两个压辊之间，然后将步骤（三）种开纤好的丝束平铺穿过两层涂满胶液的离型纸之间，进行复合，复合完成干燥后即形成厚度为3~45微米的碳纤维预浸布，得到的碳纤维预浸布碳纤维预浸布的树脂含量为43%，挥发分0.3%，数值积分焓变120J/g，拉伸模量240g/pa。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于双酚A型环氧树脂90份、高纯度固态环氧树脂20份、苯酚型酚醛环氧树脂8份、增韧剂5份、固化剂8份和促进剂7份，其他参数相同，得到的碳纤维预浸布碳纤维预浸布的树脂含量为45%，挥发分0.1%，数值积分焓变150J/g，拉伸模量220g/pa。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于双酚A型环氧树脂90份、高纯度固态环氧树脂20份、苯酚型酚醛环氧树脂8份、增韧剂5份、固化剂8份和促进剂7份，其他参数相同，得到的碳纤维预浸布碳纤维预浸布的树脂含量为45%，挥发分0.1%，数值积分焓变150J/g，拉伸模量220g/pa。
实施例5
本实施例与实施例2的区别在于增韧剂采用聚丁二烯橡胶，其环氧当量为200~350g/eq，所述的固化剂为双氰胺（DICY），所述的促进剂采用咪唑，该碳纤维预浸布的树脂含量为42%，挥发分0.22%，数值积分焓变180J/g，拉伸模量265g/pa。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于高模量碳纱5份，胶液3份，该碳纤维预浸布的树脂含量为46%，挥发分0.16%，数值积分焓变198J/g，拉伸模量300g/pa。
综上所述，得到的碳纤维预浸布的树脂含量为44±2%，突破了国际上树脂含量为44±3%的瓶颈，挥发分＜0.3%比国际上的小于3%提高了至少十个数量级，数值积分焓变大于95J/g，而国际上大约为70J/g左右，拉伸模量≥180g/pa，其中厚的碳纤维预浸布的拉伸模量收到其厚度的限制很大，一旦变薄，其拉伸模量特别低，甚至断裂，该技术得到的预浸布中的碳纤维丝束为单向纱线，不存在经纬交错编织，在单向纱线经胶液束缚，具有丝束整齐、厚度均匀、韧性强、超薄等优点，可应用于受体积限制的电子产品。
Claims (2)
1.一种高模量碳纤维预浸布，该预浸布的配方由高模量碳纱和黏连碳纱的胶液组成，所述的高模量碳纱和黏连碳纱的胶液的重量份比为高模量碳纱2~5份，胶液1~3份，所述的胶液的配方由双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂组成，所述的双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂的重量份分别为双酚A型环氧树脂80~90份、高纯度固态环氧树脂8~20份、苯酚型酚醛环氧树脂1~8份、增韧剂1~5份、固化剂2~8份和促进剂1~7份，所述的双酚A型环氧树脂的环氧当量为176~220g/eq，黏度为12000~15000cps/25℃，所述的高纯度固态环氧树脂的环氧当量为450~2500g/eq，所述的苯酚型酚醛环氧树脂的环氧当量为168~190g/eq，所述的高纯度固态环氧树脂由环氧当量为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂和环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂，其重量份比分别为450~2500g/eq的高纯度固态环氧树脂4~9份、环氧当量为780~850g/eq的高纯度固态环氧树脂2~5份、环氧当量为1800~2400g/eq的高纯度固态环氧树脂0.5~3份，所述的胶液中含有增稠剂，增稠剂的重量份为2~6份，该制作工艺的步骤如下：
（一）、配胶液：取双酚A型环氧树脂、高纯度固态环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、增韧剂、固化剂和促进剂，按照重量份分别为双酚A型环氧树脂80~90份、高纯度固态环氧树脂8~20份、苯酚型酚醛环氧树脂1~8份、增韧剂1~5份、固化剂2~8份和促进剂1~7份进行混合，混合均匀后按照每平方米5~15g胶液均匀涂抹在离型纸上；
（二）、拉丝：取高模量碳纱，将高模量碳纱施加0~500N的力进行拉碳丝；
（三）、开纤：将拉好的碳丝进行开纤，开纤形成厚度为3~45微米并排的丝束；
（四）、复合：将步骤（一）中涂抹好胶液的离型纸对称的放置在两个压辊之间，然后将步骤（三）中 开纤好的丝束平铺穿过两层涂满胶液的离型纸之间，进行复合，复合完成干燥后即形成厚度为3~45微米的碳纤维预浸布。
2.根据权利要求1所述的一种高模量碳纤维预浸布的制作工艺，其特征在于所述的步骤（二）中采用的拉力为278~334N的拉力。
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| CN109517338A (zh) | 2019-03-26 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of invention: A high modulus carbon fiber prepreg and its manufacturing process Effective date of registration: 20220629 Granted publication date: 20210406 Pledgee: Postal Savings Bank of China Limited Weihai Branch Pledgor: WEIHAI BAOWEI NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980009444 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20210406 Pledgee: Postal Savings Bank of China Limited Weihai Branch Pledgor: WEIHAI BAOWEI NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980009444 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |