[发明专利]增加碳纤维丝束的长丝计数

说明书

通过将第一丝束的碳长丝与第二丝束的碳长丝铺展和并合来增加碳纤维丝束的长丝计数。使用气体流铺展开第一和第二丝束的碳长丝。铺展的丝束彼此对齐，并在存在相同或不同气体流的存在下通过栅格上方时相互接触，从而形成缠结丝束。然后将缠结丝束形成为组合丝束。第一和第二丝束中的碳长丝的模量和旦尼尔可相同，或它们也可被改变以提供具有宽范围的长丝计数和长丝组合的组合丝束。

技术领域

本发明总体上涉及由碳长丝组成的碳纤维丝束。更具体地，本发明涉及通过将一根或多根其它碳纤维丝束直接物理地引入丝束中来增加任何给定碳纤维丝束的长丝计数的方法。

背景技术

复合材料包括纤维增强结构和树脂基体作为两个主要成分。复合材料通常具有相当高的强度重量比。因此，复合材料被用于航空工业中，其中复合结构的高强度和相对轻的重量尤为重要。

碳纤维是复合材料常用的纤维增强材料。碳纤维通常作为复丝纱提供，该复丝纱通常被称为“丝束”。碳纤维丝束通常包含1,000至50,000根单丝。可商购的碳纤维丝束包含例如约3000根长丝(3K)、6000根长丝(6K)、12000根(12K)长丝或24000根(24K)长丝。单根碳长丝的线性重量通常在每米0.02至0.5毫克的范围内。

碳纤维丝束的线性重量取决于长丝的数量、其线性重量以及任何涂层或其它丝束处理的重量。HexAS4是可从Hexcel Corporation(Dublin,CA)购买的一种碳纤维丝束。3K版本的HexAS4碳纤维丝束的线性重量约为0.21克/米，而6K和12K版本的线性重量分别约为0.43克/米和0.86克/米。HexIM7是另一种类型的碳纤维丝束，其也可以从Hexcel Corporation(Dublin,CA)获得。HexIM7碳纤维丝束比HexAS4碳纤维丝束具有更高的拉伸强度和拉伸模量。6K HexIM7碳纤维丝束的线性重量约为0.22克/米，而12K版本的线性重量约为0.45克/米。

碳纤维丝束中的长丝不会以与传统纱线相同的方式加捻。相反，碳纤维丝束中的长丝基本上彼此平行。因此，碳纤维丝束倾向于具有平坦的带状截面形状。碳长丝相互缠结，以为丝束提供一些的内聚性，因此可以在一定程度上进行处理和加工而不会散落。碳纤维丝束的内聚性通常通过确定丝束的“铺展性”来测量。丝束评估测试机可商购获得，其用于确定许多碳纤维丝束的性能，包括铺展性。例如，可以从Textechno H.Stein GmbHCo.KG(Moenchengladbach,德国)以商品名ROVINGTEST购得丝束评估测试机。丝束评估测试机或设备在纺织工业中很常见。

在典型的丝束评估试验机中，通过将丝束置于预定的张力下并使其在一系列的铺展杆上方通过，来确定铺展性。丝束的宽度在铺展杆(W1)之前测量，以及在铺展杆(W2)之后立即测量。丝束的铺展性等于W2/W1。碳纤维丝束的典型的铺展性值(W2/W1)在1.2至2.2左右，其取决于长丝计数、长丝线性重量、长丝类型、长丝缠结程度和成型后的处理，例如上浆或其它涂层的施用。

碳长丝是相对脆弱的。因此，碳长丝在碳纤维丝束的生产和随后的处理过程中易于损坏。丝束起绒或起绒性是指碳纤维丝束表面上可能出现的断裂长丝和绒毛。用于测量存在于碳纤维丝束表面上的起绒量的测试设备是可商购的。起绒量表示为起绒计数或起绒值。用于测量碳纤维丝束的起绒计数的示例性测试设备是可从Lenzing InstrumentsGmbHCo.KG(Gampem,奥地利)获得的FRAY VIEW纱线缺陷可视化设备。FRAY VIEW设备使用光学传感器和高分辨率数码相机测量起绒计数。

碳纤维丝束的起绒计数将取决于许多因素而变化，所述因素包括丝束的加工和处理方式、长丝计数、长丝线性重量、长丝的类型和成型后的处理，例如上浆或其它涂层的施用。通常，期望碳纤维丝束具有尽可能低的起绒计数。但是，在某些情况下，需要一定程度的长丝断裂。例如，碳纤维丝束中的断裂长丝已用于增加碳纤维复合材料层压制品的Z方向的电导率。在这些情况下，对起绒计数进行测量和监控，以确保碳纤维丝束具有所需的长丝断裂水平。

发明内容