本發(fā)明屬于碳纖維復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳纖維縫合線的制備方法。
背景技術(shù)：
碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足功能材料、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料的特殊要求，是一種高性能結(jié)構(gòu)、功能復(fù)合材料，在航天、航空和國防領(lǐng)域中的關(guān)鍵部件上得到了大量應(yīng)用，并已成為先進(jìn)航天、航空的關(guān)鍵支撐材料。然而，縫合技術(shù)制備復(fù)合材料預(yù)制體的縫合線主要有芳綸纖維線、玻璃纖維線，芳綸線在500℃以上就開始分解，玻璃線最大使用溫度只能到1000℃，且這兩種線由于與碳纖維熱膨脹性、熱物理相容性不匹配，不能滿足2000℃以上高溫條件下使用的炭/炭、碳-陶復(fù)合材料使用要求。
為了制備全碳纖維縫合預(yù)制體，必須使用碳纖維作為縫合線，但小絲束碳纖維不能直接用于縫合，直接縫合時，碳纖維束易分散，縫合阻力大，碳纖維脆性大，易斷紗，縫合機(jī)器線軸、針等對纖維磨損大，纖維易起毛，受損后纖維性能下降。在縫合過程中要求線不能有退捻、打結(jié)的情況，表現(xiàn)在線經(jīng)過與縫合機(jī)接觸摩擦后，柔韌性下降，縫合過程有可能出現(xiàn)打結(jié)現(xiàn)象，縫合設(shè)備剪線后斷頭退繞，影響縫合過程連續(xù)進(jìn)行，降低了縫合的效率。為了解決上述問題，必須加工一種柔韌性高，耐磨損、縫紉性能好，不退捻，不打結(jié)、高質(zhì)量的碳纖維縫合線。
經(jīng)檢索，未見有關(guān)碳纖維預(yù)制體縫合用碳纖維縫合線的相關(guān)技術(shù)見諸報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種碳纖維縫合線的制備方法。該方法采用先初捻后復(fù)捻的方式合股，有效解決了碳纖維縫合線退捻、打卷的問題；利用聚乙烯醇為上漿劑，利用其水溶、環(huán)保、上漿過程不產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物、干燥后柔順性好等優(yōu)點(diǎn)，所制備的縫合線的柔韌性高、耐磨損、不退繞、性能優(yōu)良。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種碳纖維縫合線的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
步驟一、選取4股聚丙烯腈基碳纖維紗，然后按照S捻的加捻方式對其中2股聚丙烯腈基碳纖維紗進(jìn)行初捻合股，得到S初捻紗，按照Z捻的加捻方式對另外2股聚丙烯腈基碳纖維紗進(jìn)行初捻合股，得到Z初捻紗；
步驟二、將步驟一中所述S初捻紗和Z初捻紗按照S捻或Z捻的加捻方式進(jìn)行復(fù)捻合股，得到坯線；
步驟三、采用聚乙烯醇膠液為上漿劑，將步驟二中所述坯線置于所述上漿劑中進(jìn)行上漿處理，得到上漿線，然后將所述上漿線在溫度為150℃～300℃的溫度下干燥5s～10s，之后將干燥后的上漿線收卷，得到碳纖維縫合線。
上述的一種碳纖維縫合線的制備方法，其特征在于，步驟一中所述聚丙烯腈基碳纖維紗為1K聚丙烯腈基碳纖維紗，K代表絲束千根數(shù)。
上述的一種碳纖維縫合線的制備方法，其特征在于，步驟一中所述初捻合股的捻度為150捻/米～300捻/米。
上述的一種碳纖維縫合線的制備方法，其特征在于，步驟二中所述復(fù)捻合股的捻度為200捻/米～400捻/米。
上述的一種碳纖維縫合線的制備方法，其特征在于，步驟三中所述聚乙烯醇膠液的質(zhì)量百分比濃度為1％～6％。
上述的一種碳纖維縫合線的制備方法，其特征在于，步驟三中所述上漿線的含膠量為2％～5％。
上述的一種碳纖維縫合線的制備方法，其特征在于，步驟三中所述收卷的過程中收卷張力不大于15N。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明技術(shù)創(chuàng)新之處在于采用捻向相反的兩股初捻碳纖維線合股，可有效減少加捻后的碳纖維退繞打卷，解決了碳纖維可縫紉性的問題；復(fù)捻后的坯線經(jīng)過浸漬PVA膠液后烘干，可保證合股后的線整體性，同時增加線的柔韌性、耐磨性、可縫紉性。
2、本發(fā)明利用聚乙烯醇(PVA)膠液為上漿劑，PVA膠液相比傳統(tǒng)的環(huán)氧類膠液，具有環(huán)保性好、無污染、柔順性好，耐磨損等優(yōu)點(diǎn)。
3、本發(fā)明制備方法所涉及的裝置簡單，只需對普通捻線設(shè)備進(jìn)行簡單改造，增加后續(xù)烘干處理工藝段，即可實(shí)現(xiàn)碳纖維縫合線的連續(xù)生產(chǎn)和制備。
4、本發(fā)明制備的碳纖維縫合線可達(dá)3000℃耐高溫溫度，適用強(qiáng)酸、堿性、高溫、高強(qiáng)度等苛刻環(huán)境，特別適用于縫合各類碳纖維布制品，通過縫合制備高密度、高層間剪切強(qiáng)度的全碳纖維高性能預(yù)制體。
5、本發(fā)明碳纖維縫合線的制備方法簡便易行，科學(xué)合理。
下面結(jié)實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
本實(shí)施例采用聚丙烯腈基碳纖維為原料制備碳纖維縫合線，具體制備方法包括以下步驟：
步驟一、選取4股聚丙烯腈基碳纖維紗(所選纖維紗的技術(shù)規(guī)格為：細(xì)度1K，線密度66g/1000m，密度1.76g/cm3，抗拉強(qiáng)度3.53GPa)，然后按照S捻的加捻方式對其中2股聚丙烯腈基碳纖維紗進(jìn)行初捻合股，得到S初捻紗，按照Z捻的加捻方式對另外2股聚丙烯腈基碳纖維紗進(jìn)行初捻合股，得到Z初捻紗；所述初捻合股的捻度為200捻/米；
步驟二、將步驟一中所述S初捻紗和Z初捻紗按照S捻的加捻方式復(fù)捻合股，得到坯線；所述復(fù)捻合股的捻度為300捻/米；
步驟三、采用質(zhì)量百分比濃度為3％的聚乙烯醇膠液為上漿劑，將步驟二中所述坯線置于所述上漿劑中進(jìn)行上漿處理，得到上漿線，上漿線的含膠量為3％，然后將所述上漿線在溫度為200℃的溫度下干燥6s，之后將干燥后的上漿線收卷，收卷張力為10N，得到碳纖維縫合線。
利用本實(shí)施例所述方法制備的碳纖維縫合線的技術(shù)規(guī)格為：直徑1.0mm，拉伸強(qiáng)度1280MPa，斷裂應(yīng)變2.5％；所制碳纖維縫合線的表觀光滑柔順，直徑均勻，表面無膠液堆積，線拉直平鋪后，幾乎不退繞，經(jīng)縫合試驗(yàn)，耐磨損，可縫紉性高，性能優(yōu)異。
實(shí)施例2
本實(shí)施例采用聚丙烯腈基碳纖維為原料制備碳纖維縫合線，具體制備方法包括以下步驟：
步驟一、選取4股聚丙烯腈基碳纖維紗(所選纖維紗的技術(shù)規(guī)格為：細(xì)度1K，線密度66g/1000m，密度1.76g/cm3，抗拉強(qiáng)度3.53GPa)，然后按照S捻的加捻方式對其中2股聚丙烯腈基碳纖維紗進(jìn)行初捻合股，得到S初捻紗，按照Z捻的加捻方式對另外2股聚丙烯腈基碳纖維紗進(jìn)行初捻合股，得到Z初捻紗；所述初捻合股的捻度為300捻/米；
步驟二、將步驟一中所述S初捻紗和Z初捻紗按照Z捻的加捻方式復(fù)捻合股，得到坯線；所述復(fù)捻合股的捻度為400捻/米；
步驟三、采用質(zhì)量百分比濃度為2％的聚乙烯醇膠液為上漿劑，將步驟二中所述坯線置于所述上漿劑中進(jìn)行上漿處理，得到上漿線，上漿線的含膠量為2％，然后將所述上漿線在溫度為300℃的溫度下干燥8s，之后將干燥后的上漿線收卷，收卷張力為15N，得到碳纖維縫合線。
利用本實(shí)施例所述方法制備的碳纖維縫合線的技術(shù)規(guī)格為：直徑0.8mm，拉伸強(qiáng)度1080MPa，斷裂應(yīng)變2.1％；所制碳纖維縫合線的表觀光滑柔順，直徑均勻，表面無膠液堆積，線拉直平鋪后，幾乎不退繞，經(jīng)縫合試驗(yàn)，耐磨損，可縫紉性高，性能優(yōu)異。
實(shí)施例3
本實(shí)施例采用聚丙烯腈基碳纖維為原料制備碳纖維縫合線，具體制備方法包括以下步驟：
步驟一、選取4股聚丙烯腈基碳纖維紗(所選纖維紗的技術(shù)規(guī)格為：細(xì)度1K，線密度66g/1000m，密度1.76g/cm3，抗拉強(qiáng)度3.53GPa)，然后按照S捻的加捻方式對其中2股聚丙烯腈基碳纖維紗進(jìn)行初捻合股，得到S初捻紗，按照Z捻的加捻方式對另外2股聚丙烯腈基碳纖維紗進(jìn)行初捻合股，得到Z初捻紗；所述初捻合股的捻度為300捻/米；
步驟二、將步驟一中所述S初捻紗和Z初捻紗按照S捻的加捻方式復(fù)捻合股，得到坯線；所述復(fù)捻合股的捻度為200捻/米；
步驟三、采用質(zhì)量百分比濃度為1％的聚乙烯醇膠液為上漿劑，將步驟二中所述坯線置于所述上漿劑中進(jìn)行上漿處理，得到上漿線，上漿線的含膠量為2％，然后將所述上漿線在溫度為150℃的溫度下干燥5s，之后將干燥后的上漿線收卷，收卷張力為9N，得到碳纖維縫合線。
利用本實(shí)施例所述方法制備的碳纖維縫合線的技術(shù)規(guī)格為：直徑0.9mm，拉伸強(qiáng)度1140MPa，斷裂應(yīng)變2.2％；所制碳纖維縫合線的表觀光滑柔順，直徑均勻，表面無膠液堆積，線拉直平鋪后，幾乎不退繞，經(jīng)縫合試驗(yàn)，耐磨損，可縫紉性高，性能優(yōu)異。
實(shí)施例4
本實(shí)施例采用聚丙烯腈基碳纖維為原料制備碳纖維縫合線，具體制備方法包括以下步驟：
步驟一、選取4股聚丙烯腈基碳纖維紗(所選纖維紗的技術(shù)規(guī)格為：細(xì)度1K，線密度66g/1000m，密度1.76g/cm3，抗拉強(qiáng)度3.53GPa)，然后按照S捻的加捻方式對其中2股聚丙烯腈基碳纖維紗進(jìn)行初捻合股，得到S初捻紗，按照Z捻的加捻方式對另外2股聚丙烯腈基碳纖維紗進(jìn)行初捻合股，得到Z初捻紗；所述初捻合股的捻度為300捻/米；
步驟二、將步驟一中所述S初捻紗和Z初捻紗按照Z捻的加捻方式復(fù)捻合股，得到坯線；所述復(fù)捻合股的捻度為400捻/米；
步驟三、采用質(zhì)量百分比濃度為6％的聚乙烯醇膠液為上漿劑，將步驟二中所述坯線置于所述上漿劑中進(jìn)行上漿處理，得到上漿線，上漿線的含膠量為5％，然后將所述上漿線在溫度為300℃的溫度下干燥10s，之后將干燥后的上漿線收卷，收卷張力為12N，得到碳纖維縫合線。
利用本實(shí)施例所述方法制備的碳纖維縫合線的技術(shù)規(guī)格為：直徑0.9mm，拉伸強(qiáng)度1100MPa，斷裂應(yīng)變2.3％；所制碳纖維縫合線的表觀光滑柔順，直徑均勻，表面無膠液堆積，線拉直平鋪后，幾乎不退繞，經(jīng)縫合試驗(yàn)，耐磨損，可縫紉性高，性能優(yōu)異。
對比例1
本對比例采用聚丙烯腈基碳纖維為原料制備碳纖維縫合線的具體制備方法包括以下步驟：
步驟一、選取4股聚丙烯腈基碳纖維紗(所選纖維紗的技術(shù)規(guī)格為：細(xì)度1K，線密度66g/1000m，密度1.76g/cm3，抗拉強(qiáng)度3.53GPa)，然后將其中2股聚丙烯腈基碳纖維紗與另外2股聚丙烯腈基碳纖維紗按照S捻的加捻方式進(jìn)行加捻合股，得到坯線；所述加捻合股的捻度為300捻/米；
步驟二、采用質(zhì)量百分比濃度為3％的聚乙烯醇膠液為上漿劑，將步驟一中所述坯線置于所述上漿劑中進(jìn)行上漿處理，得到上漿線，上漿線的含膠量為3％，然后將所述上漿線在溫度為200℃的溫度下干燥6s，之后將干燥后的上漿線收卷，收卷張力為10N，得到碳纖維縫合線。
將對比例1與實(shí)施例1對比可知，二者的不同之處僅在于：實(shí)施例1采用先初捻后復(fù)捻的合股方式制備坯線，而對比例1僅進(jìn)行一次加捻合股，并未采用先初捻后復(fù)捻的合股方式制備坯線。采用對比例1所述方法制備的碳纖維縫合線的技術(shù)規(guī)格為：直徑0.5mm，拉伸強(qiáng)度677MPa，斷裂應(yīng)變0.7％。對比例1所制碳纖維縫合線與實(shí)施例1相比，碳纖維縫合線柔韌性差，線在使用過程中易打卷，磨損后易起毛，在線中形成碳毛團(tuán)聚，撐直平鋪時自動合股成4股，剪線后自動退捻，影響縫合過程連續(xù)進(jìn)行。由此可知，本發(fā)明通過采用先初捻后復(fù)捻的合股方式，使捻向相反的兩股初捻碳纖維線合股，能夠有效減少加捻后的碳纖維退繞打卷，有效地解決了碳纖維可縫紉性的問題。
對比例2
本對比例采用聚丙烯腈基碳纖維為原料制備碳纖維縫合線的具體制備方法包括以下步驟：
步驟一、選取4股聚丙烯腈基碳纖維紗(所選纖維紗的技術(shù)規(guī)格為：細(xì)度1K，線密度66g/1000m，密度1.76g/cm3，抗拉強(qiáng)度3.53GPa)，然后按照S捻的加捻方式對其中2股聚丙烯腈基碳纖維紗進(jìn)行初捻合股，得到S初捻紗，按照Z捻的加捻方式對另外2股聚丙烯腈基碳纖維紗進(jìn)行初捻合股，得到Z初捻紗；所述初捻合股的捻度為200捻/米；
步驟二、將步驟一中所述S初捻紗和Z初捻紗按照S捻的加捻方式復(fù)捻合股，得到坯線；所述復(fù)捻合股的捻度為300捻/米；
步驟三、將步驟二中所述坯線置于常規(guī)上漿劑(環(huán)氧樹脂膠液)中進(jìn)行上漿處理，得到上漿線，上漿線的含膠量為3％，然后將所述上漿線在溫度為200℃的溫度下干燥6s，之后將干燥后的上漿線收卷，收卷張力為10N，得到碳纖維縫合線。
將對比例2與實(shí)施例1對比可知，二者的不同之處僅在于：實(shí)施例1采用聚乙烯醇膠液為上漿劑，而對比例2采用是常規(guī)上漿劑(環(huán)氧樹脂膠液)。采用對比例2所述方法制備的碳纖維縫合線的技術(shù)規(guī)格為：直徑0.9mm，拉伸強(qiáng)度993MPa，斷裂應(yīng)變1.2％。對比例2所制碳纖維縫合線與實(shí)施例1相比，碳纖維縫合線較硬，柔韌性差，縫合過程阻力大，線在使用過程中易退繞打結(jié)，剪線后仍有自動退捻現(xiàn)象，影響縫合過程連續(xù)進(jìn)行。
通過對上述對比試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析可知：本發(fā)明通過先初捻后復(fù)捻的合股方式將捻向相反的兩股線合股，有效解決了線退捻、打卷的問題；通過調(diào)整上漿劑類型后，碳纖維縫合線的柔韌性提高，耐磨損性增加，可縫合性能大大增加。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何限制。凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。