[发明专利]一种建筑补强碳布用碳纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种建筑补强碳布用碳纤维的制备方法。本发明通过改进纤维表面的上浆剂组成配方，制备了拉伸强度高、起毛量少、硬挺度适中、层间剪切性能好的碳纤维，适合在建筑补强领域的碳布应用。本发明中所用的上浆剂为多组分水性双酚A型环氧树脂乳液，通过多官能度环氧化合物进行改性，降低了环氧树脂粘度、提高反应活性和交联密度；该上浆剂乳液固体分的环氧当量范围在250～500g/Eq。本发明所制备的碳纤维力学特性优良，拉伸强度≥4500MPa，模量≥230GPa，碳纤维起毛量≤5mg/30m，硬挺度居于6～12cm之间；所述的碳纤维建筑补强布柔软、树脂浸润性好，碳纤维补强布拉伸强度≥3400MPa，层间剪切强度≥45MPa，满足高强I级碳纤维建筑补强布应用要求。

技术领域

本发明涉及一种建筑补强碳布用碳纤维的制备方法，属于高性能、功能化碳纤维制备技术领域。

背景技术

碳纤维具有强度高、质量轻、耐腐蚀等优点，碳纤维布则是选用小丝束碳丝经过织造机编织而成，碳纤维布作为一种新型补强材料被广泛应用于加固补强工事中。它是将高拉伸强度的碳纤维布用环氧树脂预浸润成复合增强材料，用环氧树脂粘结剂沿着受力方向或者垂直于裂纹(缝)方向粘贴在要补强的结构上，使碳纤维承受拉应力，与原结构材料形成一个新的复合体共同受力，实现建筑结构承载能力提升的目的。

根据碳纤维在建筑补强领域的使用特点，要求碳纤维毛丝少、硬挺度适中、对环氧树脂浸润性好。若毛丝量和硬挺度偏大，一方面降低纤维的可编织性，另一方面会影响碳布的施工工艺性能，会出现碳布树脂浸润性差(慢)、碳布出现鼓包的问题，给施工质量带来一定安全隐患。

发明内容

为了满足碳纤维在建筑补强领域的碳布工艺和施工性能要求，本发明提供一种建筑补强碳布用碳纤维的制备方法。

实现本发明所述技术方案如下：

一种建筑补强碳布用碳纤维的制备方法，该方法具体包括如下步骤：

a)制备碳纤维原丝，通过聚合原液喷丝板牵伸纺丝，经过30～50℃水洗、60～80℃水牵、20～30℃上油、150～200℃烘干、0.3～0.6MPa的饱和蒸汽牵伸、120～190℃热辊干燥得到；

b)制备碳纤维，将碳纤维原丝在200～300℃进行预氧化，牵伸倍数为0.95～1.0倍；低温碳化温度为400～800℃，牵伸倍数为0.95～1.05倍；高温碳化温度为1100～1500℃，牵伸倍数为0.95～1.0倍的条件下得到碳纤维。

采用多组分水性双酚A型环氧树脂乳液对得到的碳纤维进行表面上浆处理，纤维上浆剂含量控制在0.6～1.2％之间。

上述的多组分水性双酚A型环氧树脂乳液，其组分包括双酚A型环氧树脂100份重量份，乳化剂10～35重量份，环氧改性剂5～10质量份，去离子水100～300重量份。

上述的双酚A型环氧树脂为环氧树脂E51、环氧树脂E44、环氧树脂E20中的一种或几种组合；乳化剂为异十三醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脱水山梨醇油酸酯中的一种或几种组合；环氧改性剂为丙烯基缩水甘油醚、乙二醇双缩水甘油醚、间苯二酚双缩水甘油醚中的一种或几种组合。

上述的多组分水性双酚A型环氧树脂乳液，其固体分的环氧当量范围在250～500g/Eq。

上述多组分水性双酚A型环氧树脂乳液的制备方法具体步骤如下：

首先准备好双酚A型环氧树脂100份重量份，将环氧改性剂5～10质量份缓慢加入混合，在加热条件下搅拌均匀；接着逐步加入乳化剂10～35重量份，混合搅拌均匀；最后，缓慢倒入去离子水100～300重量份进行高速剪切乳化，按照相反转法反应得到多组分水性环氧树脂乳液。

本发明相对于现有技术相比具有显著优点：