一种功能化碳纤维线绳的制备方法及应用与流程

1.本发明属于碳纤维线绳制备技术领域，具体地说涉及一种功能化碳纤维线绳的制备方法及应用。


背景技术：

2.碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等性能，是一种兼具强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征的化工材料。要作为自行车胎的骨架材料必须满足以下几点要求：1)与橡胶完美的硫化粘结性；2)持久的表面粘性；3)碳纤维捻线后强力保持率；4)表面要有一定的硬挺度。因此需要碳纤维线浸渍处理后加捻过程中，要有强力的保持率，与橡胶要有良好的粘合和很强的表面初粘性和持粘性。
3.因此，现有技术还有待于进一步发展和改进。


技术实现要素：

4.针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种功能化碳纤维线绳的制备方法及应用。本发明提供如下技术方案：
5.一种功能化碳纤维线绳的制备方法，包括：
6.s1、将碳纤维线绳放入一浸液内浸渍活化处理，其中，一浸液由双酚a型环氧树脂、氢化双酚a环氧、活性湿润剂、消泡剂以及稀释剂组成；
7.s2、将活化后的碳纤维线绳用烘箱进行一次烘干；
8.s3、将烘干后的碳纤维线绳放入二浸液内浸胶处理，其中，二浸液由间苯二酚、甲醛、氨水、丁吡乳胶、天然乳胶以及离子软化水组成；
9.s4、将二浸后的碳纤维线绳用烘箱进行二次烘干后得到功能化碳纤维线绳。
10.进一步的，所述一浸液组分的质量百分比为：
11.双酚a型环氧树脂：10-30％；
12.氢化双酚a环氧
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：2-5％；
13.活性湿润剂
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：0.05-0.15％；
14.消泡剂
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：1-3％；
15.其余为苯类稀释剂。
16.进一步的，所述一浸液组分的优选质量百分比为：
17.双酚a型环氧树脂：122％；
18.氢化双酚a环氧
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：2.75％；
19.活性湿润剂
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：0.13％；
20.消泡剂
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：1.6％；
21.其余为苯类稀释剂。
22.进一步的，所述二浸液组分的质量百分比为：
23.间苯二酚 ：2-4％；
24.甲醛
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：2-3％；
25.氨水
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：1-2％；
26.丁吡胶乳 ：20-50％；
27.天然胶乳 ：5-15％；
28.其余为离子软化水。
29.进一步的，所述二浸液组分的优选质量百分比为：
30.间苯二酚 ：2.7％；
31.甲醛
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：2.8％；
32.氨水
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：1.75％；
33.丁吡胶乳 ：32％；
34.天然胶乳 ：8.5％；
35.其余为离子软化水。
36.进一步的，所述一浸液的配置方法包括：先将活性湿润剂倒入定量的稀释剂中，再加入定量的双酚a型环氧树脂和氢化双酚a环氧搅拌均匀，最后加入消泡剂充分搅拌30min。
37.进一步的，所述二浸液的配置方法包括：先将定量氨水倒入定量的离子软化水中搅拌均匀，再加入定量间苯二酚搅拌溶解，然后加入定量甲醛搅拌均匀，25℃恒温反应6h，反应结束后加入定量丁吡胶乳和天然胶乳，充分搅拌30min后，25℃恒温反应6h。
38.进一步的，所述一次烘干条件为235-245℃温度处理60-90s。
39.进一步的，所述二次烘干条件为220-240℃温度处理90-120s。
40.一种功能化碳纤维线绳的应用，采用上述的功能化碳纤维线绳制备方法制备的功能化碳纤维线绳，作为自行车胎的骨架材料。
41.有益效果：
42.1、通过本技术的制备方法处理的碳纤维绳既能与橡胶进行优良的交联粘合，方便胎体硫化，具备持久的表面粘性，使得捻线后的碳纤维强度更高，表面又具有很高的硬挺性，满足车胎骨架需求；
43.2、通过共混双酚a环氧树脂，并辅以稀释剂，来寻求一个合适的体系粘度范围，在此基础上尽可能少的降低固化产物的力学性能损失；
44.3、使用前通过表面活化处理，降低纤维表面的取向度，并增加一定数量的活性基团，提高其与基体界面剪切强度和剥离强度，最终确定双酚a型环氧树脂与氢化双酚a环氧的比例；
45.4、通过浸渍和高温干燥交叉处理，活化碳纤维表面，增加碳纤维表面的氢键活性基团和粗糙度，改善纤维表面与橡胶的粘合性；
46.5、通过两次浸渍处理的碳纤维线绳能够替代钢丝作为车胎骨架，减少车胎重量，减少钢材用量，实现节能减排效果。
附图说明
47.图1是本发明具体实施例中一种功能化碳纤维线绳的制备方法流程示意图。
具体实施方式
48.为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本技术保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。以下内容中百分比含量均为质量百分比。
49.如图1所示，一种功能化碳纤维线绳的制备方法，包括：
50.s1、将碳纤维线绳放入一浸液内浸渍活化处理，其中，一浸液由双酚a型环氧树脂、氢化双酚a环氧、活性湿润剂、消泡剂以及稀释剂组成；
51.s2、将活化后的碳纤维线绳用烘箱进行一次烘干；
52.s3、将烘干后的碳纤维线绳放入二浸液内浸胶处理，其中，二浸液由间苯二酚、甲醛、氨水、丁吡乳胶、天然乳胶以及离子软化水组成；
53.s4、将二浸后的碳纤维线绳用烘箱进行二次烘干后得到功能化碳纤维线绳。
54.一种功能化碳纤维线绳的应用，采用上述的功能化碳纤维线绳制备方法制备的功能化碳纤维线绳，作为自行车胎的骨架材料。
55.实施例1
56.在浸渍前首先配置一浸液和二浸液：
57.一浸液：将0.13％的活性湿润剂倒入72.52％的苯类稀释剂中，再加入22％的双酚a型环氧树脂和2.75％的氢化双酚a环氧搅拌均匀，最后加入1.6％的消泡剂充分搅拌30min，制备一浸液。
58.二浸液：将1.75％的氨水倒入52.25％的离子软化水中搅拌均匀，再加入2.7％的间苯二酚搅拌溶解，然后加入2.8％的甲醛搅拌均匀，25℃恒温反应6h，反应结束后加入32％的丁吡胶乳和8.5％的天然胶乳，充分搅拌30min后，25℃恒温反应6h，制备二浸液。
59.将加捻好的碳纤维线绳在一浸液中浸渍，浸渍后放入烘箱，用240℃处理60-90s，增加碳纤维原丝丝束的抱合性，对原丝进行粘合活性预处理，再放入二浸液中浸胶，浸胶后进入烘箱，用230℃处理90-120s，活化碳纤维表面，增加碳纤维表面的氢键活性基团和粗糙度，改善纤维表面与橡胶的粘合性。
60.实施例2
61.在浸渍前首先配置一浸液和二浸液：
62.一浸液：将0.13％的活性湿润剂倒入84.52％的苯类稀释剂中，再加入10％的双酚a型环氧树脂和2.75％的氢化双酚a环氧搅拌均匀，最后加入1.6％的消泡剂充分搅拌30min，制备一浸液。
63.二浸液：将1.75％的氨水倒入52.25％的离子软化水中搅拌均匀，再加入2.7％的间苯二酚搅拌溶解，然后加入2.8％的甲醛搅拌均匀，25℃恒温反应6h，反应结束后加入32％的丁吡胶乳和8.5％的天然胶乳，充分搅拌30min后，25℃恒温反应6h，制备二浸液。
64.将加捻好的碳纤维线绳在一浸液中浸渍，浸渍后放入烘箱，用240℃处理60-90s，增加碳纤维原丝丝束的抱合性，对原丝进行粘合活性预处理，再放入二浸液中浸胶，浸胶后进入烘箱，用230℃处理90-120s，活化碳纤维表面，增加碳纤维表面的氢键活性基团和粗糙
度，改善纤维表面与橡胶的粘合性。
65.实施例3
66.在浸渍前首先配置一浸液和二浸液：
67.一浸液：将0.13％的活性湿润剂倒入64.52％的苯类稀释剂中，再加入30％的双酚a型环氧树脂和2.75％的氢化双酚a环氧搅拌均匀，最后加入1.6％的消泡剂充分搅拌30min，制备一浸液。
68.二浸液：将1.75％的氨水倒入52.25％的离子软化水中搅拌均匀，再加入2.7％的间苯二酚搅拌溶解，然后加入2.8％的甲醛搅拌均匀，25℃恒温反应6h，反应结束后加入32％的丁吡胶乳和8.5％的天然胶乳，充分搅拌30min后，25℃恒温反应6h，制备二浸液。
69.将加捻好的碳纤维线绳在一浸液中浸渍，浸渍后放入烘箱，用240℃处理60-90s，增加碳纤维原丝丝束的抱合性，对原丝进行粘合活性预处理，再放入二浸液中浸胶，浸胶后进入烘箱，用230℃处理90-120s，活化碳纤维表面，增加碳纤维表面的氢键活性基团和粗糙度，改善纤维表面与橡胶的粘合性。
70.实施例4
71.在浸渍前首先配置一浸液和二浸液：
72.一浸液：将0.13％的活性湿润剂倒入73.27％的苯类稀释剂中，再加入22％的双酚a型环氧树脂和2％的氢化双酚a环氧搅拌均匀，最后加入1.6％的消泡剂充分搅拌30min，制备一浸液。
73.二浸液：将1.75％的氨水倒入52.25％的离子软化水中搅拌均匀，再加入2.7％的间苯二酚搅拌溶解，然后加入2.8％的甲醛搅拌均匀，25℃恒温反应6h，反应结束后加入32％的丁吡胶乳和8.5％的天然胶乳，充分搅拌30min后，25℃恒温反应6h，制备二浸液。
74.将加捻好的碳纤维线绳在一浸液中浸渍，浸渍后放入烘箱，用240℃处理60-90s，增加碳纤维原丝丝束的抱合性，对原丝进行粘合活性预处理，再放入二浸液中浸胶，浸胶后进入烘箱，用230℃处理90-120s，活化碳纤维表面，增加碳纤维表面的氢键活性基团和粗糙度，改善纤维表面与橡胶的粘合性。
75.实施例5
76.在浸渍前首先配置一浸液和二浸液：
77.一浸液：将0.13％的活性湿润剂倒入70.27％的苯类稀释剂中，再加入22％的双酚a型环氧树脂和5％的氢化双酚a环氧搅拌均匀，最后加入1.6％的消泡剂充分搅拌30min，制备一浸液。
78.二浸液：将1.75％的氨水倒入52.25％的离子软化水中搅拌均匀，再加入2.7％的间苯二酚搅拌溶解，然后加入2.8％的甲醛搅拌均匀，25℃恒温反应6h，反应结束后加入32％的丁吡胶乳和8.5％的天然胶乳，充分搅拌30min后，25℃恒温反应6h，制备二浸液。
79.将加捻好的碳纤维线绳在一浸液中浸渍，浸渍后放入烘箱，用240℃处理60-90s，增加碳纤维原丝丝束的抱合性，对原丝进行粘合活性预处理，再放入二浸液中浸胶，浸胶后进入烘箱，用230℃处理90-120s，活化碳纤维表面，增加碳纤维表面的氢键活性基团和粗糙度，改善纤维表面与橡胶的粘合性。
80.实施例6
81.在浸渍前首先配置一浸液和二浸液：
82.一浸液：将0.13％的活性湿润剂倒入72.52％的苯类稀释剂中，再加入22％的双酚a型环氧树脂和2.75％的氢化双酚a环氧搅拌均匀，最后加入1.6％的消泡剂充分搅拌30min，制备一浸液。
83.二浸液：将1.75％的氨水倒入67.75％的离子软化水中搅拌均匀，再加入2.7％的间苯二酚搅拌溶解，然后加入2.8％的甲醛搅拌均匀，25℃恒温反应6h，反应结束后加入20％的丁吡胶乳和5％的天然胶乳，充分搅拌30min后，25℃恒温反应6h，制备二浸液。
84.将加捻好的碳纤维线绳在一浸液中浸渍，浸渍后放入烘箱，用240℃处理60-90s，增加碳纤维原丝丝束的抱合性，对原丝进行粘合活性预处理，再放入二浸液中浸胶，浸胶后进入烘箱，用230℃处理90-120s，活化碳纤维表面，增加碳纤维表面的氢键活性基团和粗糙度，改善纤维表面与橡胶的粘合性。
85.实施例7
86.在浸渍前首先配置一浸液和二浸液：
87.一浸液：将0.13％的活性湿润剂倒入72.52％的苯类稀释剂中，再加入22％的双酚a型环氧树脂和2.75％的氢化双酚a环氧搅拌均匀，最后加入1.6％的消泡剂充分搅拌30min，制备一浸液。
88.二浸液：将1.75％的氨水倒入37.75％的离子软化水中搅拌均匀，再加入2.7％的间苯二酚搅拌溶解，然后加入2.8％的甲醛搅拌均匀，25℃恒温反应6h，反应结束后加入50％的丁吡胶乳和5％的天然胶乳，充分搅拌30min后，25℃恒温反应6h，制备二浸液。
89.将加捻好的碳纤维线绳在一浸液中浸渍，浸渍后放入烘箱，用240℃处理60-90s，增加碳纤维原丝丝束的抱合性，对原丝进行粘合活性预处理，再放入二浸液中浸胶，浸胶后进入烘箱，用230℃处理90-120s，活化碳纤维表面，增加碳纤维表面的氢键活性基团和粗糙度，改善纤维表面与橡胶的粘合性。
90.实施例8
91.在浸渍前首先配置一浸液和二浸液：
92.一浸液：将0.13％的活性湿润剂倒入72.52％的苯类稀释剂中，再加入22％的双酚a型环氧树脂和2.75％的氢化双酚a环氧搅拌均匀，最后加入1.6％的消泡剂充分搅拌30min，制备一浸液。
93.二浸液：将1.75％的氨水倒入62.75％的离子软化水中搅拌均匀，再加入2.7％的间苯二酚搅拌溶解，然后加入2.8％的甲醛搅拌均匀，25℃恒温反应6h，反应结束后加入20％的丁吡胶乳和10％的天然胶乳，充分搅拌30min后，25℃恒温反应6h，制备二浸液。
94.将加捻好的碳纤维线绳在一浸液中浸渍，浸渍后放入烘箱，用240℃处理60-90s，增加碳纤维原丝丝束的抱合性，对原丝进行粘合活性预处理，再放入二浸液中浸胶，浸胶后进入烘箱，用230℃处理90-120s，活化碳纤维表面，增加碳纤维表面的氢键活性基团和粗糙度，改善纤维表面与橡胶的粘合性。
95.实施例9
96.在浸渍前首先配置一浸液和二浸液：
97.一浸液：将0.13％的活性湿润剂倒入72.52％的苯类稀释剂中，再加入22％的双酚a型环氧树脂和2.75％的氢化双酚a环氧搅拌均匀，最后加入1.6％的消泡剂充分搅拌30min，制备一浸液。
98.二浸液：将1.75％的氨水倒入52.25％的离子软化水中搅拌均匀，再加入2.7％的间苯二酚搅拌溶解，然后加入2.8％的甲醛搅拌均匀，25℃恒温反应6h，反应结束后加入32％的丁吡胶乳和8.5％的天然胶乳，充分搅拌30min后，25℃恒温反应6h，制备二浸液。
99.将加捻好的碳纤维线绳在一浸液中浸渍，浸渍后放入烘箱，用240℃处理60-90s，增加碳纤维原丝丝束的抱合性，对原丝进行粘合活性预处理，再放入二浸液中浸胶，浸胶后进入烘箱，用230℃处理90-120s，活化碳纤维表面，增加碳纤维表面的氢键活性基团和粗糙度，改善纤维表面与橡胶的粘合性。
100.空白实施例
101.未采用本制备方法的碳纤维浸胶线。
102.性能检测实验
[0103][0104][0105]
将改进后胶液处理的碳纤维线进行粘合性能与橡胶硫化实验比对，硫化粘合性能采用gbt 32109-2015浸胶纱线和帘子布粘合剥离性能试验方法，硬挺度采用gbt 33099-2016浸胶骨架材料硬挺度的测定三点弯曲法进行实验，经检验结果比对，粘合效果达到使用要求，且提供了一组最优配比。
[0106]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论
从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
[0107]
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本技术范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。