CN111704478B - 一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，上浆剂调配：将去离子水、环氧树脂类浆料和亲水性柔软剂以质量比为26～28：4～6：1～3混合搅拌均匀，得到上浆剂；预烘燥：开启烘箱，将温度上升至100℃～130℃；上浆：将碳化硅纤维缠绕在纱筒，经上浆辊进入浆槽，将上浆剂倒入浆槽内对碳化硅纤维进行上浆处理，得到上浆纤维；将上浆纤维经烘箱烘燥后，通过张力控制器、导辊卷绕在绕纱筒上。解决了现有技术中存在的碳化硅纤维在上浆过程中易发毛、断裂，上浆剂不适配的问题。
Description
技术领域
本发明属于纤维增强复合材料预制体制备技术领域，具体涉及一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法。
背景技术
碳化硅纤维是以有机硅化合物为原料经纺丝、碳化或气相沉积而成的无机纤维，同时也是一种性能优异的陶瓷纤维。目前，碳化硅纤维在单丝制备成束时已经过一次上浆，但仅能实现纤维的顺利卷绕，形成一定规格的卷装。由于碳化硅纤维的模量高、单丝直径粗、集束性差，特别是纤维的勾结强力极低、易脆断，在预制体制备过程中纤维束因摩擦而起毛、断裂，不能满足后续纤维预制体的制备要求。所以碳化硅纤维的二次上浆成为了碳化硅纤维预制体制备的难点和关键。
目前，采用传统的上浆工艺和上浆剂对高强高模、勾结强度极低的碳化硅纤维进行二次上浆仍然存在许多问题：
(1)、碳化硅纤维具有高强高模、单丝直径粗、集束性差、纤维勾结强力极低、易脆断的特性，在上浆过程中碳化硅纤维束与纤维束、纤维束与导辊和压辊之间因摩擦引起发毛、断裂；(2)、传统的上浆工艺是将成千上万根纱线整经后卷绕在经轴上，然后再进行批量化上浆；这就要求每个卷装的纱线长度要在上千米甚至上万米以上，且在上浆过程中成千上万根纱线同时经导辊进入浆槽和烘箱；但是，目前国产碳化硅纤维的卷装长度只有500m～530m，无法使用传统的分条整经或分批整经的方式整经后上浆；而且在批量化上浆过程中纱线与纱线、纱线与导辊间摩擦较大，且为滑动摩擦，容易使碳化硅纤维束发毛和脆断，造成巨大浪费；(3)、传统的上浆剂是由多种化学助剂复配而成，其成分由纱线性能确定；对于碳化硅纤维而言，目前尚无确定的化学助剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，解决了现有技术中存在的碳化硅纤维在上浆过程中易发毛、断裂，上浆剂不适配的问题。
本发明所采用的技术方案是一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、上浆剂调配
将去离子水、环氧树脂类浆料和亲水性柔软剂以质量比为26～28：4～6：1～3混合搅拌均匀，得到上浆剂，备用；
步骤2、预烘燥
开启烘箱，将温度上升至100℃～130℃；
步骤3、上浆
将碳化硅纤维缠绕在纱筒，经上浆辊进入浆槽，将上浆剂倒入浆槽内对碳化硅纤维进行上浆处理，得到上浆纤维；
步骤4、将上浆纤维经烘箱烘燥后，通过张力控制器、导辊卷绕在绕纱筒上。
本发明的特点还在于：
步骤1中，环氧树脂类浆料是含固率为50％的MU系列浆料。
步骤1中，亲水性柔软剂为有机硅或甘油。
碳化硅纤维的相关参数如下：
纤维线密度为200±5tex，纤维拉伸强度≥2.30Gpa，弹性模量≥270Gpa，断裂伸长率≥1.0％。
烘箱为热吹风式烘干机。
上浆辊、导辊均为滚动导辊。
本发明的有益效果是：
本发明一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，有效解决了碳化硅纤维上浆困难、上浆剂不适配的问题，本发明一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，仅采用了上浆辊和导辊，将传统的滑动摩擦改为滚动摩擦，摩擦工况柔和，大大减少了碳化硅纤维与碳化硅纤维、碳化硅纤维与上浆辊之间的摩擦；本发明一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，在上浆过程中可以调节碳化硅纤维的退绕速度，确定最佳的退绕和卷绕速度，有利于保证碳化硅纤维上浆时的张力均匀性，避免因张力不匀而频繁脆断，降低了上浆速度，有效保证了上浆时的碳化硅纤维的张力和上浆效率；
本发明一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，将碳化硅纤维束直接从纱筒上退绕，解决了批量化整经、批量化上浆时碳化硅纤维与碳化硅纤维、碳化硅纤维与上浆辊之间的纠缠、摩擦、叠压，从而引起碳化硅纤维发毛、劈丝，甚至脆断的问题；
本发明一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，可在常温下完成上浆工作，且上浆前无需煮浆，上浆时也无需给浆液保温，降低了上浆设备的复杂性，也减少了上浆过程中的能源浪费；本发明中碳化硅纤维无需浸浆，直接通过上浆辊来带动上浆剂对碳化硅纤维进行上浆，减少了碳化硅纤维的挂浆量，从而减少了上浆剂的浪费。
附图说明
图1是本发明一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法的流程图。
图中，1.绕纱筒，2.导辊，3.上浆纤维，4.张力控制器，5.烘箱，6.上浆辊，7.浆槽，8.碳化硅纤维，9.纱筒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，如图1所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、上浆剂调配
将去离子水、环氧树脂类浆料和亲水性柔软剂以质量比为26～28：4～6：1～3混合搅拌均匀，得到上浆剂，备用；
环氧树脂类浆料是含固率为50％的MU系列浆料；亲水性柔软剂为有机硅或甘油；
环氧树脂类浆料的成膜性、粘附性较好；可在高温的环境中彻底挥发，保持上浆纤维3的性能；可将碳化硅纤维8粘合在一起，提高碳化硅纤维8的集束性，同时也可在碳化硅纤维8的表面形成一层保护膜，完整贴伏纤维表面的毛丝，避免碳化硅纤维8在后序织造过程中因接触摩擦而产生更多的毛丝，提高了碳化硅纤维8的可织造性能；
步骤2、预烘燥
开启烘箱5，将温度上升至100℃～130℃，保持恒温；其中，烘箱5为热吹风式烘干机；
步骤3、上浆
将碳化硅纤维8缠绕在纱筒9，经上浆辊6进入浆槽7，将上浆剂倒入浆槽7内对单根碳化硅纤维8进行上浆处理，减少了碳化硅纤维8间因摩擦而造成的损伤，得到上浆纤维3；
将碳化硅纤维8卷绕在上浆辊6上时需缓慢均匀用力，避免碳化硅纤维8因受力不均而导致拉伸性能受损，甚至发生纤维断裂；将预先调制好的上浆剂加入浆槽7内，需达到浆槽7容积的2/3，当浆槽7中上浆剂少于1/3时需继续添加上浆剂至浆槽7容积的2/3；
其中，碳化硅纤维8的相关参数如下：
纤维线密度为200±5tex，纤维拉伸强度≥2.30Gpa，弹性模量≥270Gpa，断裂伸长率≥1.0％；
上浆纤维3的相关参数如下：
纤维线密度为200.4tex，纤维拉伸强度为2.91Gpa，弹性模量为303Gpa，断裂伸长率1.22％；
步骤4、将上浆纤维3经烘箱5烘燥后，通过张力控制器4、导辊2卷绕在绕纱筒1上；
其中，上浆辊6、导辊2均为滚动导辊，上浆辊6、导辊2均在使用前需擦拭光滑，避免上浆辊6、导辊2因毛丝、残浆等对碳化硅纤维8造成损伤。
实施例1
一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，车间温度为25℃，车间湿度为60％～70％，车速为30m/min；浆槽7的温度设置为25℃。
(1)上浆剂调配
将去离子水、环氧树脂类浆料和亲水性柔软剂以质量比为28：6：3混合搅拌均匀，得到上浆剂，上浆剂的含固率为8％，备用；
环氧树脂类浆料是含固率为50％的MU系列浆料；亲水性柔软剂为有机硅或甘油；
(2)预烘燥
开启热吹风式烘干机，将温度上升至120℃，保持恒温；
(3)上浆
将碳化硅纤维8缠绕在纱筒9，经上浆辊6进入浆槽7，将上浆剂倒入浆槽7内对单根碳化硅纤维8进行上浆处理，得到上浆纤维3；将上浆纤维3经热吹风式烘干机烘燥后，通过张力控制器4、导辊2卷绕在绕纱筒1上；
其中，碳化硅纤维8的相关参数如下：
纤维线密度为195.7tex，纤维拉伸强度为2.89Gpa，弹性模量为299Gpa，断裂伸长率1.12％；
上浆纤维3的相关参数如下：
纤维线密度为200.4tex，纤维拉伸强度为2.91Gpa，弹性模量为303Gpa，断裂伸长率1.22％。
实施例2
一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，车间温度为25℃，车间湿度为60％～70％，车速为30m/min；浆槽7的温度设置为25℃。
(1)上浆剂调配
将去离子水、环氧树脂类浆料和亲水性柔软剂以质量比为28：6：3混合搅拌均匀，得到上浆剂，上浆剂的含固率为8％，备用；
环氧树脂类浆料是含固率为50％的MU系列浆料；亲水性柔软剂为有机硅或甘油；
(2)预烘燥
开启热吹风式烘干机，将温度上升至120℃，保持恒温；
(3)上浆
将碳化硅纤维8缠绕在纱筒9，经上浆辊6进入浆槽7，将上浆剂倒入浆槽7内对单根碳化硅纤维8进行上浆处理，得到上浆纤维3；将上浆纤维3经热吹风式烘干机烘燥后，通过张力控制器4、导辊2卷绕在绕纱筒1上；
其中，碳化硅纤维8的相关参数如下：
纤维线密度为195.7tex，纤维拉伸强度为2.89Gpa，弹性模量为299Gpa，断裂伸长率1.12％；
上浆纤维3的相关参数如下：
纤维线密度为200.4tex，纤维拉伸强度为2.91Gpa，弹性模量为303Gpa，断裂伸长率1.22％。
实施例3
一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，车间温度为25℃，车间湿度为60％～70％，车速为30m/min；浆槽7的温度设置为25℃。
(1)上浆剂调配
将去离子水、环氧树脂类浆料和亲水性柔软剂以质量比为28：6：3混合搅拌均匀，得到上浆剂，上浆剂的含固率为8％，备用；
环氧树脂类浆料是含固率为50％的MU系列浆料；亲水性柔软剂为有机硅或甘油；
(2)预烘燥
开启热吹风式烘干机，将温度上升至120℃，保持恒温；
(3)上浆
将碳化硅纤维8缠绕在纱筒9，经上浆辊6进入浆槽7，将上浆剂倒入浆槽7内对单根碳化硅纤维8进行上浆处理，得到上浆纤维3；将上浆纤维3经热吹风式烘干机烘燥后，通过张力控制器4、导辊2卷绕在绕纱筒1上；
其中，碳化硅纤维8的相关参数如下：
纤维线密度为195.7tex，纤维拉伸强度为2.89Gpa，弹性模量为299Gpa，断裂伸长率1.12％；
上浆纤维3的相关参数如下：
纤维线密度为200.4tex，纤维拉伸强度为2.91Gpa，弹性模量为303Gpa，断裂伸长率1.22％。
实施例4
一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，车间温度为25℃，车间湿度为60％～70％，车速为30m/min；浆槽7的温度设置为25℃。
(1)上浆剂调配
将去离子水、环氧树脂类浆料和亲水性柔软剂以质量比为26：4：1混合搅拌均匀，得到上浆剂，上浆剂的含固率为8％，备用；
环氧树脂类浆料是含固率为50％的MU系列浆料；亲水性柔软剂为有机硅或甘油；
(2)预烘燥
开启热吹风式烘干机，将温度上升至100℃，保持恒温；
(3)上浆
将碳化硅纤维8缠绕在纱筒9，经上浆辊6进入浆槽7，将上浆剂倒入浆槽7内对单根碳化硅纤维8进行上浆处理，得到上浆纤维3；将上浆纤维3经热吹风式烘干机烘燥后，通过张力控制器4、导辊2卷绕在绕纱筒1上；
其中，碳化硅纤维8的相关参数如下：
纤维线密度为195.7tex，纤维拉伸强度为2.89Gpa，弹性模量为299Gpa，断裂伸长率1.12％；
上浆纤维3的相关参数如下：
纤维线密度为200.4tex，纤维拉伸强度为2.91Gpa，弹性模量为303Gpa，断裂伸长率1.22％。
实施例5
一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，车间温度为25℃，车间湿度为60％～70％，车速为30m/min；浆槽7的温度设置为25℃。
(1)上浆剂调配
将去离子水、环氧树脂类浆料和亲水性柔软剂以质量比为27：5：2混合搅拌均匀，得到上浆剂，上浆剂的含固率为8％，备用；
环氧树脂类浆料是含固率为50％的MU系列浆料；亲水性柔软剂为有机硅或甘油；
(2)预烘燥
开启热吹风式烘干机，将温度上升至130℃，保持恒温；
(3)上浆
将碳化硅纤维8缠绕在纱筒9，经上浆辊6进入浆槽7，将上浆剂倒入浆槽7内对单根碳化硅纤维8进行上浆处理，得到上浆纤维3；将上浆纤维3经热吹风式烘干机烘燥后，通过张力控制器4、导辊2卷绕在绕纱筒1上；
其中，碳化硅纤维8的相关参数如下：
纤维线密度为205tex，纤维拉伸强度为2.89Gpa，弹性模量为300Gpa，断裂伸长率1.13％；
上浆纤维3的相关参数如下：
纤维线密度为200.4tex，纤维拉伸强度为2.91Gpa，弹性模量为303Gpa，断裂伸长率1.22％。
Claims (2)
1.一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、上浆剂调配
将去离子水、环氧树脂浆料和亲水性柔软剂以质量比为26~28：4~6：1~3混合搅拌均匀，得到上浆剂，备用；
所述环氧树脂浆料是含固率为50%的MU-5212水性环氧树脂乳液；所述亲水性柔软剂为有机硅或甘油；
步骤2、预烘燥
开启烘箱（5），将温度上升至100℃~130℃；
步骤3、上浆
将碳化硅纤维（8）缠绕在纱筒（9），经上浆辊（6）进入浆槽（7），将所述上浆剂倒入浆槽（7）内对碳化硅纤维（8）进行上浆处理，得到上浆纤维（3）；
所述碳化硅纤维（8）的相关参数如下：
纤维线密度为200±5tex，纤维拉伸强度≥2.30Gpa，弹性模量≥270Gpa，断裂伸长率≥1.0%；
步骤4、将所述上浆纤维（3）经烘箱（5）烘燥后，通过张力控制器（4）、导辊（2）卷绕在绕纱筒（1）上，所述烘箱（5）为热吹风式烘干机。
2.如权利要求1所述的一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，其特征在于，所述上浆辊（6）、导辊（2）均为滚动导辊。
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