一种高强度耐弯折纤维伞骨及其制备方法与流程

1.本发明涉及纤维伞骨制备技术领域，具体为一种高强度耐弯折纤维伞骨及其制备方法。


背景技术：

2.碳纤维(carbonfiber，简称cf)，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型化纤材料。
3.经检索，申请公布号“cn110318011a”的中国发明专利，公开了“一种伞及其碳纤维复合材料伞骨的制备方法”，该申请通过加入钇增强伞骨抗氧化性和延展性，增加伞骨的拉伸强度，加入锗、锡和钴以增强伞骨的强度，使制得碳纤维复合材料伞骨具有较高的拉伸强度、比强度、比弹性模量、疲劳强度。
4.然而在实际使用时，上述方式制备的伞骨虽然增强了实际强度，但是其抗热稳定性、抗氧化性以及抗静电能力，均未得到明显的提升，这使得这类伞骨在实际使用时，容易在高温天气下发生氧化和产生静电的问题，为此申请人提出一种新型高强度耐弯折纤维伞骨及其制备方法来解决上述存在的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种高强度耐弯折纤维伞骨及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强度耐弯折纤维伞骨的制备方法，该伞骨包括以下重量百分比的原料组成：
7.碳纤维15-20％、铝70-75％、铜0.24-0.3％、镧0.15-0.25％、硅1.2-1.5％、铁0.3-0.4％、钇2.2-2.8％、硫酸铵0.4-0.69％、氨基甲酸盐0.1-0.15％以及硫化剂0.6-0.72％；
8.所述该伞骨的制备方法，包括以下步骤：
9.步骤一，将碳纤维加热至440-500℃，保温30-60min，自然冷却至室温；然后将冷却后的碳纤维置于质量浓度为60-65％的浓硝酸中搅拌10-30min；再将碳纤维置于敏化液中，敏化30-45min；
10.接着将碳纤维置于活化液中搅拌5-10min；随后将碳纤维置于还原液中搅拌1-2min；最后置于100-110℃下真空干燥2.5-3h；
11.步骤二，将金属铜熔化后，并混合氨基甲酸盐，然后将混合液喷涂至步骤一处理后的碳纤维，干燥得到镀铜碳纤维；
12.步骤三，将单质铝、镧、硅、铁、钇混合熔化，并在800-850℃下保温2-2.5h，且在保温期间，往混合液内添加上述重量百分比的硫酸铵，最终得到铝熔体；
13.步骤四，将步骤二得到的镀铜碳纤维在860-880℃下与步骤三得到的铝熔体混合后倒入成型模具中浇筑；
14.步骤五、在将步骤四中熔体倒入至模具中时，往模具中添加上述重量百分比的硫
化剂，即可得到碳纤维复合材料伞骨。
15.更进一步地，所述步骤一中，碳纤维处理时，碳纤维进行粗化、敏化、活化和还原时均需要先用去离子水将碳纤维冲洗至中性，并对其进行干燥和外表附着物清洗，再进行下一步操作。
16.更进一步地，所述步骤一至所述步骤五均在无菌无尘的加工车间内进行；所述加工车间内每立方英尺室内之空气所含有大于或等于0.1μm灰尘粒子不超过350颗，大于或等于0.3μm之灰尘粒子不超过30颗，大于或等于0.5μm之灰尘粒子不超过10颗。
17.更进一步地，所述步骤四中的成型模具包括：
18.承载盒体，其外部的四周分别固定有承载台，承载台的顶部固定有电动液压推杆，四个电动液压推杆的伸缩端共同固定有上模具组件；
19.所述承载盒体的内部固定有下模具组件，下模具组件和所述上模具组件相适配。
20.更进一步地，所述上模具组件包括：
21.承载盖板，其底部的四周分别和四个所述电动液压推杆的伸缩端相固定；
22.其底部的中心位置固定有伞骨上模，伞骨上模一端的非模槽位置固定有定位销；
23.所述下模具组件包括：
24.伞骨下模，其固定在所述承载盒体内部一端的底部，其顶部一端的非模槽位置开设有不和模槽相连通的定位槽，定位槽和所述定位销相适配。
25.更进一步地，所述伞骨下模内部的底端为空心结构，所述承载盒体内部远离所述伞骨下模的一端安装有水泵，水泵的抽水管贯穿承载盒体和置于所述承载盒体底部一端的冷却水箱相连通，水泵的排水管和所述伞骨下模内部的底端相连通。
26.更进一步地，所述伞骨下模外部远离水泵的一端固定有和伞骨下模内模槽相连通的连通管，连通管的一端安装有增压器，增压器的入料口处固定有用于注入所述硫化剂的注入接头。
27.更进一步地，所述承载盒体的底部开设有若干道用于和所述空心结构相连通排液缺口；
28.所述承载盒体的外部固定有用于密封排液缺口的排放部件；
29.所述排放部件包括：
30.双向电动推杆，其固定在所述承载盒体外部一侧的底端；
31.装配板，其设置在所述承载盒体的底部，其顶部固定有和所述排液缺口相适配的堵头，其外部两侧的中端分别转动连接有两个铰接臂；
32.四个铰接臂远离装配板的一端分别铰接有滑动座，其中一侧的两个滑动座分别和所述双向电动推杆的两个输出端相固定，另一侧的两个滑动座分别和所述承载盒体外部另一侧的底端相滑动连接。
33.更进一步地，所述承载盒体外部的一端固定有控制面板，控制面板用于控制所述冷却水箱、所述电动液压推杆以及所述双向电动推杆运行。
34.此外本技术还提出了一种高强度耐弯折纤维伞骨，其中该伞骨是用上述中任意一项伞骨制备方法制备而成。
35.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
36.该高强度耐弯折纤维伞骨及其制备方法，以碳纤维与铝配合，并加入其他金属配
2min；最后置于100-110℃下真空干燥2.5-3h；
54.步骤二，将金属铜熔化后，并混合氨基甲酸盐，然后将混合液喷涂至步骤一处理后的碳纤维，干燥得到镀铜碳纤维；
55.步骤三，将单质铝、镧、硅、铁、钇混合熔化，并在800-850℃下保温2-2.5h，且在保温期间，往混合液内添加上述重量百分比的硫酸铵，最终得到铝熔体；
56.步骤四，将步骤二得到的镀铜碳纤维在860-880℃下与步骤三得到的铝熔体混合后倒入成型模具中浇筑；
57.步骤五、在将步骤四中熔体倒入至模具中时，往模具中添加上述重量百分比的硫化剂，即可得到碳纤维复合材料伞骨。
58.其中需说明的是，步骤一中，碳纤维处理时，碳纤维进行粗化、敏化、活化和还原时均需要先用去离子水将碳纤维冲洗至中性，并对其进行干燥和外表附着物清洗，再进行下一步操作。
59.需强调的是，在本技术中，活化液包括5-9g/l苯甲酸钠、0.25-0.7g/l硼氢化钠、2-3g/l六偏磷酸钠、3-6/l溴化镍，敏化液为sncl2·
h2o溶液与hcl溶液按体积比1:1-2混合的混合液，sncl2·
h2o溶液的溶度为40-50g/l，hcl溶液的溶度为20-30ml/l,还原液为浓度为10-12g/l的亚磷酸钠溶液，还需强调的是，这些数值均为申请号“cn110318011a”所提供的申请数值，因此申请人对其如何于上述原料反应不作过多的阐述。
60.此外需补充的是，在本技术中，步骤一至步骤五均在无菌无尘的加工车间内进行；加工车间内每立方英尺室内之空气所含有大于或等于0.1μm灰尘粒子不超过350颗，大于或等于0.3μm之灰尘粒子不超过30颗，大于或等于0.5μm之灰尘粒子不超过10颗。
61.还需注意的是，参考图1-图5可知，在本技术中，
62.步骤四中的成型模具包括：
63.承载盒体10，其外部的四周分别固定有承载台5，承载台5的顶部固定有电动液压推杆2，四个电动液压推杆2的伸缩端共同固定有上模具组件1；
64.承载盒体10的内部固定有下模具组件7，下模具组件7和上模具组件1相适配。
65.上模具组件1包括：
66.承载盖板101，其底部的四周分别和四个电动液压推杆2的伸缩端相固定；
67.其底部的中心位置固定有伞骨上模102，伞骨上模102一端的非模槽702位置固定有定位销103；
68.下模具组件7包括：
69.伞骨下模701，其固定在承载盒体10内部一端的底部，其顶部一端的非模槽702位置开设有不和模槽702相连通的定位槽703，定位槽703和定位销103相适配。
70.此外需注意的是，其中伞骨下模701内部的底端为空心结构，承载盒体10内部远离伞骨下模701的一端安装有水泵8，水泵8的抽水管贯穿承载盒体10和置于承载盒体10底部一端的冷却水箱4相连通，水泵8的排水管9和伞骨下模701内部的底端相连通，其中需补充的是，参考图5可知，伞骨下模701的外部开有注液口704，注液口704和排水管9相适配。
71.还需说明的是，在本技术中，伞骨下模701外部远离水泵8的一端固定有和伞骨下模701内模槽702相连通的连通管706，连通管706的一端安装有增压器707，增压器707的入料口处固定有用于注入硫化剂的注入接头705。
72.需进一步补充的是，在本技术中，承载盒体10的底部开设有若干道用于和空心结构相连通排液缺口708；承载盒体10的外部固定有用于密封排液缺口708的排放部件6。
73.其中参考图4可知，在本技术中，
74.排放部件6包括：
75.双向电动推杆601，其固定在承载盒体10外部一侧的底端；
76.装配板605，其设置在承载盒体10的底部，其顶部固定有和排液缺口708相适配的堵头604，其外部两侧的中端分别转动连接有两个铰接臂602；
77.四个铰接臂602远离装配板605的一端分别铰接有滑动座603，其中一侧的两个滑动座603分别和双向电动推杆601的两个输出端相固定，另一侧的两个滑动座603分别和承载盒体10外部另一侧的底端相滑动连接。
78.承载盒体10外部的一端固定有控制面板3，控制面板3用于控制冷却水箱4、电动液压推杆2以及双向电动推杆601运行。
79.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种高强度耐弯折纤维伞骨的制备方法，其特征在于：该伞骨包括以下重量百分比的原料组成：碳纤维15-20％、铝70-75％、铜0.24-0.3％、镧0.15-0.25％、硅1.2-1.5％、铁0.3-0.4％、钇2.2-2.8％、硫酸铵0.4-0.69％、氨基甲酸盐0.1-0.15％以及硫化剂0.6-0.72％；所述该伞骨的制备方法，包括以下步骤：步骤一，将碳纤维加热至440-500℃，保温30-60min，自然冷却至室温；然后将冷却后的碳纤维置于质量浓度为60-65％的浓硝酸中搅拌10-30min；再将碳纤维置于敏化液中，敏化30-45min；接着将碳纤维置于活化液中搅拌5-10min；随后将碳纤维置于还原液中搅拌1-2min；最后置于100-110℃下真空干燥2.5-3h；步骤二，将金属铜熔化后，并混合氨基甲酸盐，然后将混合液喷涂至步骤一处理后的碳纤维，干燥得到镀铜碳纤维；步骤三，将单质铝、镧、硅、铁、钇混合熔化，并在800-850℃下保温2-2.5h，且在保温期间，往混合液内添加上述重量百分比的硫酸铵，最终得到铝熔体；步骤四，将步骤二得到的镀铜碳纤维在860-880℃下与步骤三得到的铝熔体混合后倒入成型模具中浇筑；步骤五、在将步骤四中熔体倒入至模具中时，往模具中添加上述重量百分比的硫化剂，即可得到碳纤维复合材料伞骨。2.根据权利要求1所述的一种高强度耐弯折纤维伞骨的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，碳纤维处理时，碳纤维进行粗化、敏化、活化和还原时均需要先用去离子水将碳纤维冲洗至中性，并对其进行干燥和外表附着物清洗，再进行下一步操作。3.根据权利要求1所述的一种高强度耐弯折纤维伞骨的制备方法，其特征在于：所述步骤一至所述步骤五均在无菌无尘的加工车间内进行；所述加工车间内每立方英尺室内之空气所含有大于或等于0.1μm灰尘粒子不超过350颗，大于或等于0.3μm之灰尘粒子不超过30颗，大于或等于0.5μm之灰尘粒子不超过10颗。4.根据权利要求1所述的一种高强度耐弯折纤维伞骨的制备方法，其特征在于：所述步骤四中的成型模具包括：承载盒体，其外部的四周分别固定有承载台，承载台的顶部固定有电动液压推杆，四个电动液压推杆的伸缩端共同固定有上模具组件；所述承载盒体的内部固定有下模具组件，下模具组件和所述上模具组件相适配。5.根据权利要求3所述的一种高强度耐弯折纤维伞骨的制备方法，其特征在于：所述上模具组件包括：承载盖板，其底部的四周分别和四个所述电动液压推杆的伸缩端相固定；其底部的中心位置固定有伞骨上模，伞骨上模一端的非模槽位置固定有定位销；所述下模具组件包括：伞骨下模，其固定在所述承载盒体内部一端的底部，其顶部一端的非模槽位置开设有不和模槽相连通的定位槽，定位槽和所述定位销相适配。6.根据权利要求5所述的一种高强度耐弯折纤维伞骨的制备方法，
其特征在于：所述伞骨下模内部的底端为空心结构，所述承载盒体内部远离所述伞骨下模的一端安装有水泵，水泵的抽水管贯穿承载盒体和置于所述承载盒体底部一端的冷却水箱相连通，水泵的排水管和所述伞骨下模内部的底端相连通。7.根据权利要求6所述的一种高强度耐弯折纤维伞骨的制备方法，其特征在于：所述伞骨下模外部远离水泵的一端固定有和伞骨下模内模槽相连通的连通管，连通管的一端安装有增压器，增压器的入料口处固定有用于注入所述硫化剂的注入接头。8.根据权利要求6所述的一种高强度耐弯折纤维伞骨的制备方法，其特征在于：所述承载盒体的底部开设有若干道用于和所述空心结构相连通排液缺口；所述承载盒体的外部固定有用于密封排液缺口的排放部件；所述排放部件包括：双向电动推杆，其固定在所述承载盒体外部一侧的底端；装配板，其设置在所述承载盒体的底部，其顶部固定有和所述排液缺口相适配的堵头，其外部两侧的中端分别转动连接有两个铰接臂；四个铰接臂远离装配板的一端分别铰接有滑动座，其中一侧的两个滑动座分别和所述双向电动推杆的两个输出端相固定，另一侧的两个滑动座分别和所述承载盒体外部另一侧的底端相滑动连接。9.根据权利要求8所述的一种高强度耐弯折纤维伞骨的制备方法，其特征在于：所述承载盒体外部的一端固定有控制面板，控制面板用于控制所述冷却水箱、所述电动液压推杆以及所述双向电动推杆运行。10.一种高强度耐弯折纤维伞骨，其特征在于：该伞骨用权利要求1-9中任意一项特征的制备方法制备。

技术总结
本发明公开了一种高强度耐弯折纤维伞骨及其制备方法，涉及纤维伞骨制备技术领域。包括碳纤维15-20％、铝70-75％、铜0.24-0.3％、镧0.15-0.25％、硅1.2-1.5％、铁0.3-0.4％、钇2.2-2.8％、硫酸铵0.4-0.69％、氨基甲酸盐0.1-0.15％以及硫化剂0.6-0.72％。本发明通过添加硫酸铵可以在化纤中形成交联结构，从而提高其强度和抗拉性能，同时，还可促进化纤的缩短反应，提高其热稳定性和防静电性能，通过添加剂氨基甲酸盐可以与化纤表面上的羧基反应，形成共价键，从而增加大化纤的强度和抗拉性能，通过添加硫化剂，能够与化纤中的双键反应，形成交联结构，从而增加其强度和耐久性，同时还提高大化纤的热稳定性和抗氧化性能。高大化纤的热稳定性和抗氧化性能。高大化纤的热稳定性和抗氧化性能。


技术研发人员：王卿泳 颜燕萍 陈仕天 颜贻谋 官雄
受保护的技术使用者：梅花（晋江）伞业有限公司
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/9/20