[发明专利]一种碳纤维丝及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维丝的制备方法，包括：(1)对原丝进行预处理并加热，得到温度为50‑160℃的碳纤维丝初成品；(2)将粉末涂料通过静电喷涂涂覆在所述碳纤维丝初成品的表面，并加热完成固化或者半固化；(3)将固化或者半固化的粉末涂料进行冷却，收丝卷绕后得到碳纤维丝成品；所述粉末涂料为热固性粉末涂料，固化温度为70‑200℃，平均粒径为1‑20μm。相应的，本发明还提供一种由上述方法制得的碳纤维丝。采用本发明，简化工艺，简化存储条件，所得碳纤维丝在室温之下就可以保存，而且长时间保存也不会发生固化，外观颜色丰富多样，性能稳定。

技术领域

本发明涉及纤维制品技术领域，特别涉及一种碳纤维丝及其制备方法。

背景技术

碳纤维是指含炭量在90％以上的高强度高模量纤维。耐高温居所有化纤之首。碳纤维用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成，是制造航天航空等高技术器材的优良材料。

碳纤维的生产工艺主要包括原丝生产和碳化两个过程：原丝生产过程主要包括聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝等工序。碳化过程主要包括放丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、上浆烘干、收丝卷绕等工序。

碳纤维是脆性材料，在后加工过程中容易出现起毛丝等现象。经过上浆过程能够很好的解决这个问题，而上浆烘干一般选用液体的环氧涂料浸润在碳纤维丝表面，容易产生浸润不好等问题。而且，上浆烘干后的碳纤维需要在低温4度左右保存，防止其固化反应，具有储存条件要求高，耗能，储存时间短，使用时间短等缺点。

现有技术中，也有出现将粉末涂料喷涂到碳纤维表面，例如中国专利CN101484628A，其公开一种碳纤维，包括约0.1至约20重量％的一种或多种纳米增强材料。该纳米增强材料选自碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯薄片、纳米丝、元素纳米粒子、二元化合物纳米粒子和配合物纳米粒子。将所述纳米增强材料上浆或用金属涂覆或用热塑性树脂涂覆，以有助于分散、施用或多功能性。

又如：中国专利CN101565893B，其公开一种制造纳米增强碳纤维的丝束或纱线的方法，包括：用粉末涂料涂覆纳米增强材料从而形成粉末涂覆的纳米增强材料，其中所述粉末涂料是热塑性树脂或粘合剂；将多根碳纤维捆扎起来形成丝束或纱线；和将经粉末涂覆的纳米增强材料静电喷洒到所述丝束或纱线上以使所述多根碳纤维与所述经粉末涂覆的纳米增强材料相接触。

由上可知，现有技术都是需要用到纳米增强材料来提高碳纤维的强度和刚度，结构复杂，制作工艺也复杂，成本较高。而且，将粉末涂料涂覆在纳米增强材料上，并非碳纤维的本体，目的在于增强碳纤维的强度和刚度，这样无法实现碳纤维外观颜色多样化。

其次，现有技术利用是的热塑型树脂。然而碳纤维都是用在比较恶劣的环境(高温高湿)，若采用热塑型树脂，在使用的时候，随着温度变化，碳纤维的强度及表面性能都会发生变化，导致性能不稳定。

此外，现有技术虽然采用粉末涂料，但是其涂覆方式为将粉末涂料浸渍后，形成液态的涂料，再涂覆到纳米增强材料上。这样不利于环保，无法实现原料的全部利用，生产过程会产生废弃物。

最后，现有技术利用的粉末涂料主要起到粘合剂的作用，目的在于粘结增强材料，不具有涂层的性能，因此，无法通过粉末涂料就实现增强碳纤维的强度和刚度，也无法丰富外观色彩。倘若该产品需要有外观色彩的变化，需要额外增设涂层。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题在于，提供一种碳纤维丝的制备方法，简化工艺，简化存储条件，所得碳纤维丝在室温之下就可以保存，而且长时间保存也不会发生固化，解决了传统用环氧树脂作为预浸料的低温储存问题。同时本发明的产品具有外观颜色丰富多样，性能稳定。

本发明所要解决的第二个技术问题在于，提供一种碳纤维丝的制备方法，生产效率高，无溶剂参与反应，不释放VOCs，不产生废弃物，有利于环保，且保证安全。