專利名稱：一種測定碳纖維上漿劑含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳纖維領(lǐng)域，具體涉及碳纖維表面上漿劑含量的測試方法，即通過使用超聲波處理方法快速測定碳纖維表面上漿劑含量。
背景技術(shù)：
碳纖維是指碳纖維含量在90%以上的無機(jī)材料纖維，根據(jù)其原料碳纖維主要可以分為聚丙烯腈碳纖維、浙青基碳纖維和粘膠基碳纖維，其中由于使用聚丙烯腈纖維制備得到的碳纖維綜合性能好、制備工藝簡單，因此其產(chǎn)量占世界碳纖維總產(chǎn)量90%以上。碳纖維性能優(yōu)異，具有密度小、質(zhì)量輕、拉伸強(qiáng)度及拉伸模量高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)點，但是其很少單獨使用，通常作為增強(qiáng)體用在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的場合，如碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料等。上漿是碳纖維生產(chǎn)過程中的一道重要工序，其主要目的是使碳纖維在后期卷繞、織造等工藝得到保護(hù)，避免毛絲和斷絲的產(chǎn)生。一般而言，市場銷售碳纖維均為經(jīng)上漿得到的碳纖維。而上漿劑含量是上漿工藝中的一項重要指標(biāo)，一般需要控制在0. 4%-1. 2%之間，上漿劑含量過高會導(dǎo)致絲束僵硬，不利于開纖、擴(kuò)幅和深加工。目前，碳纖維上漿劑含量的測量方法主要包括熱分解法、抽提法。在使用熱分解法時高溫可能會對碳纖維表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷，因此在實際操作中經(jīng)常使用抽提法測量上漿劑含量。按照ISO 10548-2002國際標(biāo)準(zhǔn)使用丙酮回流2小時測量，由研究發(fā)現(xiàn)隨著回流時間的增加，計算得到上漿劑含量出現(xiàn)遞增的現(xiàn)象，這提示2小時時間太短導(dǎo)致碳纖維表面萃取不凈。此外，由于冷凝回流時需要大量的循環(huán)水溶液，因此造成水資源的浪費。
綜上所述，本領(lǐng)域迫切需要研發(fā)一種新的快速、準(zhǔn)確的測定碳纖維上漿劑含量的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種快速、準(zhǔn)確的測定碳纖維上漿劑含量的方法，所述方法不僅能夠快速有效去除碳纖維表面上漿劑，而且節(jié)約成本。在本發(fā)明的第一方面，提供了一種測定碳纖維的上漿劑含量的方法，包括步驟(a)測定帶有上漿劑的待測碳纖維的干重，計為Wl ；(b)將待測碳纖維浸于或置于有機(jī)溶劑中，并用超聲波處理所述浸潰有待測碳纖維的有機(jī)溶劑，從而促使上漿劑與碳纖維解離并溶于所述有機(jī)溶劑；(C)從所述有機(jī)溶劑中取出待測碳纖維，并測定所述碳纖維的干重，計為W2 ;和(d)基于Wl和W2，獲得(計算得出)所述碳纖維的上漿劑含量。在另一優(yōu)選例中，步驟(b)中超聲波處理時間為3-60分鐘，較佳地5-30分鐘。在另一優(yōu)選例中，所述的超聲波處理的頻率為16，000-100，OOOHz。在另一優(yōu)選例中，所述的有機(jī)溶劑包括酮類溶劑(丙酮、丁酮、甲乙酮、甲基丁酮、甲基異丁酮等)、鹵化烴類溶劑(二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯等)、醇類溶劑(甲醇、乙醇、異丙醇等)、脂肪烴類溶劑(戊烷、己烷、辛烷等)、或其組合。較佳地，所述的酮類溶劑選自下組丙酮、丁酮、甲乙酮、甲基丁酮、甲基異丁酮、或其組合。較佳地，所述的鹵化烴類溶劑選自下組二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯、或其組合。較佳地，所述的醇類溶劑包括甲醇、乙醇、異丙醇、或其組合。較佳地，所述的脂肪烴類溶劑包括戊烷、己烷、辛烷、或其組合。在另一優(yōu)選例中，所述的有機(jī)溶劑包括丙酮、丁酮、二氯甲烷、或其組合。在另一優(yōu)選例中，所述的有機(jī)溶劑是二氯甲烷。 在另一優(yōu)選例中，步驟(C)中還包括對取出的待測碳纖維進(jìn)行烘干處理，然后進(jìn)行稱重。在另一優(yōu)選例中，所述烘干處理的條件是40_120°C (較佳地50_120°C )，時間為一般為10-100分鐘。在另一優(yōu)選例中，所述碳纖維包括聚丙烯腈基碳纖維、粘膠基碳纖維、及浙青基碳纖維。在另一優(yōu)選例中，步驟(b)的處理溫度為4°C至有機(jī)溶劑的回流溫度，較佳地為10-80。。。在另一優(yōu)選例中，有機(jī)溶劑的體積與待測碳纖維的重量之比為10_200ml :l_5g。較佳地，所述的比例為20-100ml :l-3g，更佳地40-100ml :l_3g。在另一優(yōu)選例中，在步驟(b)中，所述有機(jī)溶劑位于封閉的玻璃容器中。在另一優(yōu)選例中，所述方法還包括步驟對脫去上漿劑的碳纖維進(jìn)行循環(huán)利用。在本發(fā)明的第二方面，提供了一種去除碳纖維的上漿劑的方法，包括步驟將待測碳纖維浸于或置于有機(jī)溶劑中，并用超聲波處理所述浸潰有待測碳纖維的有機(jī)溶劑，促使上漿劑與碳纖維解離并溶于所述有機(jī)溶劑中，從而去除所述碳纖維的上漿劑。應(yīng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)中，本發(fā)明的上述各技術(shù)特征和在下文(如實施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
具體實施例方式本發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，首次意外地發(fā)現(xiàn)，待測碳纖維浸沒于有機(jī)溶劑并用超聲波處理，可以極其有效地促使上漿劑解離并溶于有機(jī)溶劑，從而大幅縮短測定上漿劑含量的時間，可從2-3個多小時縮短至約20分鐘。在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。術(shù)語如本文所用，術(shù)語“浸于”、“浸沒于”、或“置于…中”可互換使用，指出將待測定的碳纖維完全浸沒于有機(jī)溶劑。當(dāng)然，可以先浸潰碳纖維的一部分，然后再浸潰碳纖維的另一部分。只要碳纖維的各部分都被有機(jī)溶劑浸潰過，則視為該碳纖維被浸于有機(jī)溶劑。本發(fā)明方法本發(fā)明的提供了一種測定碳纖維的上漿劑含量的方法，包括測定帶有上漿劑的碳纖維干重Wl的步驟，測定去除上漿劑的碳纖維的干重W2的步驟，和基于干重Wl和W2確定上漿劑含量的步驟，所述方法的主要改進(jìn)之處在于將待測碳纖維浸于或置于有機(jī)溶劑中，并用超聲波處理所述浸潰有待測碳纖維的有機(jī)溶劑，從而促使上漿劑與碳纖維解離并溶于所述有機(jī)溶劑。在另一優(yōu)選例中，所述方法包括步驟(a)測定帶有上漿劑的待測碳纖維的干重，計為Wl ；(b)將待測碳纖維浸于或置于有機(jī)溶劑中，并用超聲波處理所述浸潰有待測碳纖維的有機(jī)溶劑，從而促使上漿劑與碳纖維解離并溶于所述有機(jī)溶劑；(c)從所述有機(jī)溶劑中取出待測碳纖維，并測定所述碳纖維的干重，計為W2 ;和(d)基于Wl和W2，通過下式獲得所述碳纖維的上漿劑含量
W] - Wl
上漿劑含量=-—X 100%
U I碳纖維可用于本發(fā)明方法的碳纖維沒有特別限制，可以是各種具有或帶有上漿劑的碳纖維。代表性的碳纖維例子包括(但并不限于)聚丙烯腈基碳纖維、浙青基碳纖維或粘膠基碳纖維。碳纖維的直徑或長度沒有限制，可以是各種常規(guī)尺寸。一般，碳纖維的直徑為5-10 或更大。測量時所用的待測碳纖維樣本，其總長度沒有特別限制，通常為l-20m。此夕卜，在測量時，也可將纖維剪短成長度約l-20cm的短纖維。纖維可以是單根或多根，也可以成束。有機(jī)溶劑可用于本發(fā)明方法的有機(jī)溶劑沒有特別限制，只要所述有機(jī)溶劑能夠溶解碳纖維上漿劑。代表性的有機(jī)溶劑例子包括(但并不限于)酮類溶劑(丙酮、丁酮、甲乙酮、甲基丁酮、甲基異丁酮、或其組合)、鹵化烴類溶劑(二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯、或其組合)、醇類溶劑(甲醇、乙醇、異丙醇、或其組合)、脂肪烴類溶劑(戊烷、己烷、辛烷、或其組合)、或上述溶劑的組合?！?，有機(jī)溶劑的用量沒有特別限制，只要該用量的有機(jī)溶液能夠浸沒碳纖維或足以浸潰并完全溶解碳纖維上的上漿劑。通常，有機(jī)溶劑的體積與待測碳纖維的重量之比為10-200ml l-5g ;較佳地，所述的比例為20-100ml :l_3g ;更佳地，所述比例為40_100ml l-3g。超聲波處理可用于本發(fā)明方法的超聲波頻率沒有特別限制，可以為各種頻率位于16，000-200, OOOHz，較佳地 20，000-200, OOOHz，更佳地為 30，000-100, OOOHz 的超聲波?？捎糜诒景l(fā)明方法的超聲波處理時間沒有特別限制，通常為3-60分鐘，較佳地5-30分鐘，更佳地為5-15分鐘。超聲波處理時，溫度為一般為室溫(如4°C )至有機(jī)溶劑的回流溫度，較佳地為10-80。。。本發(fā)明的的主要有益效果包括I.測量快速準(zhǔn)確測量時間從2個多小時縮短為約15-20分鐘，并且除漿充分故
測量更準(zhǔn)確。
2.操作簡便由于使用超聲波處理，克服傳統(tǒng)抽提法中復(fù)雜過程。3.節(jié)省能源和環(huán)保與回流法相比不必使用回流加熱所需的能源，并且可以可以避免水資源的浪費。4.除漿充分在超聲波處理條件下，使得表面上漿劑可以迅速溶解在有機(jī)溶劑內(nèi)，因此解決以往的問題。下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另外說明，否則百分比和份數(shù)是重量百分比和重量份數(shù)。實施例1-4，超聲波頻率為20000Hz ;實施例5_7，超聲波頻率為30000Hz ;實施例8-10，超聲波頻率為35000Hz。
實施例I在玻璃容器內(nèi)加入80. Oml丙酮溶液，然后稱取2. 2223g(精確至0. OOOlg)碳纖維，將碳纖維充分浸潰在玻璃容器內(nèi)，使用超聲波裝置在溫度80°C條件下進(jìn)行超聲處理，處理時間為lOmin，然后取出干燥，測量除漿后重量2. 1978g，并計算得到上漿劑含量為I. 10wt%o實施例2采用與實施例I相同的步驟，對同一碳纖維樣品進(jìn)行測試，除漿前重2. 2306g,除漿后2. 2071g，計算上漿劑含量為I. 05% ；實施例3采用與實施例I相同的步驟，對同一碳纖維樣品進(jìn)行測試，超聲處理時間為20min，除漿前重2. 2662g，除漿后2. 2398g，計算上漿劑含量為I. 16%。實施例4采用與實施例I相同的步驟，對同一碳纖維樣品進(jìn)行測試，超聲處理時間為40min，除漿前重2. 2632g，除漿后2. 2365g，計算上漿劑含量為I. 18%。實施例5采用與實施例I相同的步驟，對同一碳纖維樣品進(jìn)行測試，超聲處理時間為50min，除漿前重2. 1440g,除漿后2. 1192g，計算上漿劑含量為I. 16%。實施例6采用與實施例I相同的步驟，對同一碳纖維樣品進(jìn)行測試，超聲處理時間為lOmin，超聲處理溫度為70 °C，除漿前重2. 2525g，除漿后2. 2260g，計算上漿劑含量為
I.18%。實施例7采用與實施例I相同的步驟，對同一碳纖維樣品進(jìn)行測試，采用丁酮為溶劑，超聲處理時間為lOmin，除漿前重2. 2618g，除漿后2. 2358g，計算上漿劑含量為I. 15%。實施例8采用與實施例I相同的步驟，對同一碳纖維樣品進(jìn)行測試，采用二氯甲烷作溶劑，超聲處理時間為60min，除漿前重2. 2669g，除漿后2. 2419g，計算上漿劑含量為I. 10%。實施例9
采用玻璃容器內(nèi)加入丙酮和二氯甲烷的混合溶劑(丙酮和二氯甲烷體積比為2 l)60mL,然后稱取2. 2555g碳纖維,將碳纖維充分浸潰在玻璃容器內(nèi)，使用超聲波裝置在溫度60°C條件下進(jìn)行超聲處理，處理時間為20min，然后取出干燥，測量除漿后重量2. 2313g，并計算得到上漿劑含量為I. 07%。實施例10采用玻璃容器內(nèi)加入二氯甲烷60mL作為溶劑，然后稱取2. 3622g碳纖維，將碳纖維充分浸潰在玻璃容器內(nèi)，使用超聲波裝置在溫度80°C條件下進(jìn)行超聲處理，處理時間為lOmin，然后取出干燥，測量除漿后重量2. 3351g，并計算得到上漿劑含量為I. 15%。對比例I采用傳統(tǒng)抽提法，在溫度為80°C，回流時間為3h，碳纖維與丙酮溶劑使用量的比值為2g:100mL。測定碳纖維上漿劑含量，使用丙酮回流法對相同樣品進(jìn)行上漿劑含量測試，抽提前重量2. 2451g，抽提3h后2. 2214g，計算得到上漿劑含量為I. 06%。對比例2采用傳統(tǒng)抽提法測定碳纖維上漿劑含量，使用丙酮回流法對相同樣品進(jìn)行上漿劑含量測試，除漿前2. 1833g，抽提2. 5h除漿后2. 1604g，計算得到上漿劑含量I. 05%。對比例3采用傳統(tǒng)抽提法測定碳纖維上漿劑含量，使用丙酮回流法對相同樣品進(jìn)行上漿劑含量測試，除漿前2. 2895g，抽提2h除漿后2. 2666g，計算得到上漿劑含量I. 00%。表I實施例數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種測定碳纖維的上漿劑含量的方法，其特征在于，包括步驟 (a)測定帶有上漿劑的待測碳纖維的干重，計為Wl； (b)將待測碳纖維浸于或置于有機(jī)溶劑中，并用超聲波處理所述浸潰有待測碳纖維的有機(jī)溶劑，從而促使上漿劑與碳纖維解離并溶于所述有機(jī)溶劑； (c)從所述有機(jī)溶劑中取出待測碳纖維，并測定所述碳纖維的干重，計為W2;和 (d)基于Wl和W2，獲得所述碳纖維的上漿劑含量。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(b)中超聲波處理時間為3-60分鐘，較佳地5-30分鐘。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的超聲波處理的頻率為 16，000-100，OOOHz。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的有機(jī)溶劑包括酮類溶劑、鹵化烴類溶劑、醇類溶劑、脂肪烴類溶劑、或其組合； 較佳地，所述的有機(jī)溶劑包括丙酮、丁酮、二氯甲烷、或其組合。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的酮類溶劑選自下組丙酮、丁酮、甲乙酮、甲基丁酮、甲基異丁酮、或其組合； 所述的鹵化烴類溶劑選自下組二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯、或其組合； 所述的醇類溶劑包括甲醇、乙醇、異丙醇、或其組合； 所述的脂肪烴類溶劑包括戊烷、己烷、辛烷、或其組合。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在步驟(c)中還包括對取出的待測碳纖維進(jìn)行烘干處理，然后進(jìn)行稱重。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述碳纖維包括聚丙烯腈基碳纖維、浙青基碳纖維、粘膠基碳纖維。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(b)的處理溫度為4°C至有機(jī)溶劑的回流溫度，較佳地為10-80°C ;和/或 有機(jī)溶劑的體積與待測碳纖維的重量之比為10-200ml :l-5g。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在步驟(b)中，所述有機(jī)溶劑位于封閉的玻璃容器中。
10.一種去除碳纖維的上漿劑的方法，其特征在于，包括步驟將待測碳纖維浸于或置于有機(jī)溶劑中，并用超聲波處理所述浸潰有待測碳纖維的有機(jī)溶劑，促使上漿劑與碳纖維解離并溶于所述有機(jī)溶劑中，從而去除所述碳纖維的上漿劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測定碳纖維上漿劑含量的方法，具體地，本發(fā)明公開了一種通過超聲波處理對碳纖維表面上漿劑含量進(jìn)行快速測定的方法，包括將碳纖維浸漬于有機(jī)溶劑中，然后于超聲波儀器中進(jìn)行超聲處理。本發(fā)明方法操作簡單，成本較低，測試周期短，適用性強(qiáng)。
文檔編號G01N5/04GK102735571SQ20121022381
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者李德宏, 楊建行, 渠麗景, 王微霞, 管建敏, 錢鑫 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所