(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710607937.9
(22)申请日 2017.07.24
(71)申请人 王威
地址 250000 山东省济南市天桥区明湖西
路800号银座好望角A座1601
(72)发明人 王威
(74)专利代理机构 济南千慧专利事务所(普通
合伙企业) 37232
代理人 赵长林
(51)Int.Cl.
D06N 3/04(2006.01)
D06N 3/00(2006.01)
(54)发明名称一种碳纤维材料及其高压滚压制作工艺(57)摘要一种碳纤维材料及其高压滚压制作工艺，包括由内向外依次设置的碳纤维层、聚丙烯酰胺层、聚对二甲苯层。本发明可以将碳纤维表面粗糙度从原来的Ra6.3提高到Ra2.4～Ra0.2μm，通过控制条件甚至能够实现Ra0.05-0.1μm的镜面精度；并使表面得到挤压硬化，耐磨性、疲劳强度提高；消除了表面受力塑性变形，尺寸精度能相对长期保持稳定；经过滚压后，碳纤维素材硬度可提高15～30％，而抗疲劳性提高15％以上；由于被滚压的纤维素材表层变形，使表层组织冷硬化和晶粒变细，形成致密的纤维状，并形成残余应力层，硬度和强度提高，从而改善了原素材表面的耐磨性、耐蚀性和配合性，采用本工艺使最终产品的层间剪切强度由55—70MPa提高到95- 99MPa。权利要求书1页 说明书7页 附图1页CN 107366165 A 2017.11.21
C N 107366165
A
1.一种碳纤维材料，其特征在于：包括由内向外依次设置的碳纤维层、聚丙烯酰胺层、聚对二甲苯层。
2.一种制作如权利要求1所述的一种碳纤维材料的高压滚压制作工艺，其特征在于：包括如下步骤：
S1、利用碳纤维布制作碳纤维层；
S2、涂覆聚丙烯酰胺：在碳纤维层表面涂覆聚丙烯酰胺，得到聚丙烯酰胺层；
S3、覆膜真空处理：通过环二体裂解聚合工艺在S2得到的材料表面聚合形成聚对二甲苯层；
S4、高压滚压融合处理：采用高压滚压设备，用滚柱滚压S3得到的材料，得到致密碳纤维材料；
S5、高温固化处理：将S4得到的致密碳纤维材料通过加热，将材料温度加热到135-150℃，成型固化，制得最终产品。
3.根据权利要求2所述的一种碳纤维材料的高压滚压制作工艺，其特征在于：在S1中，所述碳纤维布中碳纤维的质量份数为89-92份，树脂的质量份数为8-12份。
4.根据权利要求2所述的一种碳纤维材料的高压滚压制作工艺，其特征在于：在S2中，所述聚丙烯酰胺层的厚度为0.85-1.0mm。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维材料的高压滚压制作工艺，其特征在于：在S3中，所述环二体裂解聚合工艺包括如下步骤：
S31、在真空成膜设备中，固态环二体在150-170℃升华为气态环二体；
S32、气态环二体在680-700℃裂解为稳定单分子；
S33、单分子进入真空沉积室内，吸附在S2所得材料的表面，并聚合形成线性聚对二甲苯薄膜。
6.根据权利要求2所述的一种碳纤维材料的高压滚压制作工艺，其特征在于：在S4中，所述致密碳纤维材料的表面粗糙度为R0.2-R2.4μm。
7.根据权利要求2所述的一种碳纤维材料的高压滚压制作工艺，其特征在于：在S5中，所述致密碳纤维材料的表面粗糙度为R0.05-R0.1μm。
8.根据权利要求2所述的一种碳纤维材料的高压滚压制作工艺，其特征在于：在S5中，加热方式为电磁加热。
9.根据权利要求2所述的一种碳纤维材料的高压滚压制作工艺，其特征在于：在S4中，温度控制在90-110℃，滚压压下量为0.08-0.12mm。
权 利 要 求 书1/1页CN 107366165 A
一种碳纤维材料及其高压滚压制作工艺
技术领域：
[0001]本发明涉及一种碳纤维材料及其高压滚压制作工艺。
背景技术：
[0002]现如今市场上经常使用制作高端钓竿的两种类型的碳纤维材料一种简称为T型，一种简称为M型。T型碳纤维材料的含碳量一般都在75％左右，树脂含量25％左右，具有很好的拉伸及韧性功能，其缺陷就是由于含量树脂过高，造成其硬度下降、重量偏重。M型碳纤维布含碳量85％左右，树脂15％左右，具有很好的硬度，而且重量也轻，但是由于树脂含量偏低，它的韧性和拉伸效果大大降低。另外，碳纤维表面光滑、惰性大、具有化学活性的官能团少，导致碳纤维与基体树脂之间的界面粘结强度低，界面存在较多缺陷，往往成为复合材料的薄弱环节。现有技术对此并没有解决之策。
发明内容：
[0003]本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种碳纤维材料及其高压滚压制作工艺，它工艺合理，表面粗糙度大大降低，层间剪切强度大大提高，解决了现有技术中存在的问题。
[0004]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0005]一种碳纤维材料，包括由内向外依次设置的碳纤维层、聚丙烯酰胺层、聚对二甲苯层。
[0006]一种碳纤维材料的高压滚压制作工艺，包括如下步骤：
[0007]S1、利用碳纤维布制作碳纤维层；
[0008]S2、涂覆聚丙烯酰胺：在碳纤维层表面涂覆聚丙烯酰胺，得到聚丙烯酰胺层；[0009]S3、覆膜真空处理：通过环二体裂解聚合工艺在S2得到的材料表面聚合形成聚对二甲苯层；
[0010]S4、高压滚压融合处理：采用高压滚压设备，用滚柱滚压S3得到的材料，得到致密碳纤维材料；
[0011]S5、高温固化处理：将S4得到的致密碳纤维材料通过加热，将材料温度加热到135-150℃，成型固化，制得最终产品。
[0012]优选的，在S1中，所述碳纤维布中碳纤维的质量份数为89-92份，树脂的质量份数为8-11份。
[0013]优选的，在S2中，所述聚丙烯酰胺层的厚度为0.85-1.0mm。
[0014]优选的，在S3中，所述环二体裂解聚合工艺包括如下步骤：
[0015]S31、在真空成膜设备中，固态环二体在150-170℃升华为气态环二体；
[0016]S32、气态环二体在680-700℃裂解为稳定单分子；
[0017]S33、单分子进入真空沉积室内，吸附在S2所得材料的表面，并聚合形成线性聚对二甲苯薄膜。
[0018]优选的，在S4中，所述致密碳纤维材料的表面粗糙度为R0.2-R2.4μm。
[0019]优选的，在S5中，所述致密碳纤维材料的表面粗糙度为R0.05-R0.1μm。
[0020]优选的，在S5中，加热方式为电磁加热。
[0021]优选的，在S4中，温度控制在90-110℃，滚压压下量为0.08-0.12mm。
[0022]本发明采用上述方案，本发明技术可以将碳纤维表面粗糙度从原来的Ra6.3提高到Ra2.4～Ra0.2μm，通过控制条件甚至能够实现Ra0.05-0.1μm的镜面精度；并使表面得到挤压硬化，耐磨性、疲劳强度提高；消除了表面受力塑性变形，尺寸精度能相对长期保持稳定；经过滚压后，碳纤维素材硬度可提高15～30％，而抗疲劳性提高15％以上；由于被滚压的纤维素材表层变形，使表层组织冷硬化和晶粒变细，形成致密的纤维状，并形成残余应力层，硬度和强度提高，从而改善了原素材表面的耐磨性、耐蚀性和配合性，采用本工艺使最终产品的层间剪切强度由55—70MPa提高到95-99MPa。
附图说明：
[0023]图1为本发明的结构示意图。
[0024]图中：1、碳纤维层，2、聚丙烯酰胺层，3、聚对二甲苯层。
具体实施方式：
[0025]为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
[0026]如图1所示，一种碳纤维材料，包括由内向外依次设置的碳纤维层1、聚丙烯酰胺层2、聚对二甲苯层3。
[0027]一种碳纤维材料的高压滚压制作工艺，包括如下步骤：
[0028]S1、利用碳纤维布制作碳纤维层1；
[0029]S2、涂覆聚丙烯酰胺：在碳纤维层1表面涂覆聚丙烯酰胺，得到聚丙烯酰胺层2；[0030]S3、覆膜真空处理：通过环二体裂解聚合工艺在S2得到的材料表面聚合形成聚对二甲苯层3；聚对二甲苯层3附着在外侧，可阻止或缓解外界脏污侵蚀和破环因素的发生，从而起到保护作用，延长产品使用寿命。
[0031]S4、高压滚压融合处理：采用高压滚压设备，用滚柱滚压S3得到的材料，得到致密碳纤维材料；用滚柱滚压上述碳纤维材料的表面，使其致密，将碳纤维表面粗糙度从Ra6.3提高到Ra0.2-Ra2.4μm，实现Ra0.05-Ra0.1μm的镜面精度；并使表面得到挤压硬化，耐磨性、疲劳强度提高；消除了表面受力塑性变形，尺寸精度能相对长期保持稳定。经过滚压后，使碳纤维素材硬度可提高15～30％，而抗疲劳性提高15％。由于被滚压的纤维素材表层变形，使表层组织冷硬化和晶粒变细，形成致密的纤维状，并形成残余应力层，硬度和强度提高，从而改善了原素材表面的耐磨性、耐蚀性和配合性。
[0032]S5、高温固化处理：将S4得到的致密碳纤维材料通过加热，将材料温度加热到135-150℃，成型固化，制得最终产品。
[0033]在S1中，所述碳纤维布中碳纤维的质量份数为89-92份，树脂的质量份数为8-11份。提高本身碳的含量能够提高材料的硬度并减轻重量。
[0034]在S2中，所述聚丙烯酰胺层2的厚度为0.85-1.0mm。作为碳纤维层1外部的过渡层，
由于本身具有粘结性，所以能够很好的融合内外两层，而且能够弥补碳纤维层1碳含量高而造成的韧性减弱的缺点，提高其自身的韧性。
[0035]在S3中，所述环二体裂解聚合工艺包括如下步骤：
[0036]S31、在真空成膜设备中，固态环二体在150-170℃升华为气态环二体；
[0037]S32、气态环二体在680-700℃裂解为稳定单分子；
[0038]S33、单分子进入真空沉积室内，吸附在S2所得材料的表面，并聚合形成线性聚对二甲苯薄膜。
[0039]在S4中，所述致密碳纤维材料的表面粗糙度为R0.2-R2.4μm。
[0040]在S5中，所述致密碳纤维材料的表面粗糙度为R0.05-R0.1μm。由于高压滚压处理碳纤维材料为常规技术，通过控制高压滚压设备即能控制其表面粗糙度，由于聚丙烯酰胺层2的加入，因而表面粗糙度能够进一步降低，从而提高使用者的手感。
[0041]在S5中，加热方式为电磁加热。电磁加热为内加热方式，适用于致密碳纤维材料的高温固化处理。
[0042]在S4中，温度控制在90-110℃，滚压压下量为0.08-0.12mm。
[0043]实施例1：
[0044]S1、利用碳纤维布制作碳纤维层1；所述碳纤维布中碳纤维的质量份数为89份，树脂的质量份数为11份。
[0045]S2、涂覆聚丙烯酰胺：在碳纤维层1表面涂覆0.85mm厚的聚丙烯酰胺，得到聚丙烯酰胺层2；
[0046]S3、覆膜真空处理：通过环二体裂解聚合工艺在S2得到的材料表面聚合形成聚对二甲苯层3，步骤如下：
[0047]S31、在真空成膜设备中，固态环二体在150℃升华为气态环二体；
[0048]S32、气态环二体在680℃裂解为稳定单分子；
[0049]S33、单分子进入真空沉积室内，吸附在S2所得材料的表面，并聚合形成线性聚对二甲苯薄膜。
[0050]S4、高压滚压融合处理：采用高压滚压设备，用滚柱滚压S3得到的材料，得到致密碳纤维材料，温度控制在90℃，滚压压下量为0.08mm；
[0051]S5、高温固化处理：将S4得到的致密碳纤维材料通过电磁加热，将材料温度加热到135℃，成型固化，制得1号产品。
[0052]实施例2：
[0053]S1、利用碳纤维布制作碳纤维层1；所述碳纤维布中碳纤维的质量份数为92份，树脂的质量份数为8份。
[0054]S2、涂覆聚丙烯酰胺：在碳纤维层1表面涂覆1.0mm厚的聚丙烯酰胺，得到聚丙烯酰胺层2；
[0055]S3、覆膜真空处理：通过环二体裂解聚合工艺在S2得到的材料表面聚合形成聚对二甲苯层3，步骤如下：
[0056]S31、在真空成膜设备中，固态环二体在170℃升华为气态环二体；
[0057]S32、气态环二体在700℃裂解为稳定单分子；
[0058]S33、单分子进入真空沉积室内，吸附在S2所得材料的表面，并聚合形成线性聚对
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