连续碳纤维／热塑性树脂纤维复合纱线及其制造方法技术

公开的是连续碳纤维／热塑性树脂纤维复合纱线及其制造方法，其中碳纤维复合纱线提供优异的机械特性、质轻、可模压、且具有优异的浸渍能力。具体地，该复合纱线通过包括具有优异机械特性的连续碳纤维、热塑性树脂纤维等而提供这些优异的特性，并且通过使用假捻加工机器或溶液浴等来制造复合纱线。

【技术实现步骤摘要】
连续碳纤维／热塑性树脂纤维复合纱线及其制造方法相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119要求于2013年5月6日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第13-2013-0050401号的优先权，其全部公开内容引入本文以供参考。
本专利技术涉及连续碳纤维／热塑性树脂纤维复合纱线及其制造方法。更具体地，本专利技术涉及通过包括连续碳纤维和热塑性树脂纤维而具有优异的机械特性、轻质、且具有优异的成型性和浸渍能力的连续碳纤维／热塑性树脂纤维复合纱线。
技术介绍
鉴于例如汽车和飞机的运输方式的环境影响，需要降低能量消耗量和二氧化碳排放量。此外，需要通过使用轻质部件改善燃料效率。如此，关于开发包括用于实现轻质特性的碳纤维的汽车用复合材料，已经进行了大量的研究。碳纤维是一种先进材料，其重量比钢小约80％并比钢强十倍，且与其它纤维相比具有高得多的抗张强度、拉伸模量等，并且还具有优异的比强度和比模量。如此，碳纤维适合用作复合材料的增强材料。此外，由于碳纤维具有优异的耐热性、化学稳定性、导电性、柔性等，所以可在各种领域中，例如不仅仅是航天、航空、风力发电以及运动和娱乐产业，还可以是医疗和建筑领域中进行多种应用。此外，具有优异界面粘合性的碳纤维是可被用作聚合物复合材料中主要材料的材料。在碳纤维的聚合物复合材料中，碳纤维／热固性树脂复合材料的一个缺点在于，产品需要通过一次模制来制造，并且另一个缺点在于，对维护和再循环存在限制，因为碳纤维／热固性树脂复合材料具有三维交联网络结构，其中材料在固化之后不溶解。碳纤维／热塑性树脂复合材料的优势在于，材料提供高韧性、高速成型性、易后加工性、再循环能力等。然而，碳纤维／热塑性树脂复合材料的缺点在于，树脂具有高粘度并且难以将热塑性树脂注入到碳纤维中。为解决前述问题，需要开发碳纤维／热塑性树脂复合材料及其制造技术。通常，在碳纤维的情况中，难以形成由3,000股至320,000股直径为约7微米的碳纤维束组成的丝束以获得交错结构，在交错结构中热塑性树脂纤维在丝束的碳短纤维间混合在一起。为解决如上所述的问题，在相关技术中使用图1中所示的方法。图1为制造相关技术中的复合纱线的方法的示意图。更具体地，通过使具有连续纤维形式的玻璃纤维10与热塑性树脂纤维11交错来制造复合纱线12。或者，通过使碳短纤维13与热塑性树脂纤维11交错来制造复合纱线12。由玻璃纤维10和热塑性树脂纤维11制造的复合纱线12的缺点在于，其与由碳纤维制造的复合纱线相比，具有更高的比重和更低的强度。此外，由碳短纤维13和热塑性树脂纤维11制造的复合纱线12的缺点在于，其比由在碳纤维中具有连续纤维形式的连续碳纤维制造的复合纱线具有更低的物理特性。
技术实现思路
本专利技术致力于提供具有优异机械特性、轻质特性、成型性和浸渍能力的碳纤维复合纱线。具体地，本专利技术通过包括连续碳纤维、热塑性树脂纤维等以及通过使用假捻加工机器或溶液浴等以便制造复合纱线来提供这样的碳纤维复合纱线及其制造方法。根据一方面，本专利技术提供包括碳纤维和热塑性树脂纤维的复合纱线，其中碳纤维为具有连续纤维形式的连续碳纤维。根据各个实施方式，优选由一种或多种选自聚丙烯、聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺610和聚酯的材料来制造热塑性树脂纤维。根据各个实施方式，优选热塑性树脂纤维具有约0.5旦尼尔至约5旦尼尔的平均厚度。根据各个实施方式，优选热塑性树脂短纤维具有约100至约10,000的长径比。此外，优选复合纱线具有约50捻回数／米(T／M)至约500T／M的捻度。根据另一方面，本专利技术提供用于制造连续碳纤维／热塑性树脂纤维复合纱线的方法，该方法包括：对热塑性树脂纤维束(fibertow)和具有约3,000至约25,000单丝纤度(filamentnumber)的连续碳纤维束中的各个进行展丝；以及通过使经展丝的连续碳纤维束与热塑性树脂纤维束交错来制造复合纱线。优选地，通过使用能够自由旋转而不经受轴的限制且具有低摩擦系数的摩擦盘来实施展丝。另外，优选使用与轴转数相同地进行旋转且具有高摩擦系数的摩擦盘来实施交错。随后将具有约25,000至约320,000单丝纤度的连续碳纤维束通过包括增容剂的溶液浴来制造连续碳纤维和热塑性树脂纤维混合在一起的复合纱线。此时，当热塑性树脂纤维具有连续的纤维形式时，优选通过使连续碳纤维束与热塑性树脂纤维束交错，然后使交错的纤维通过溶液浴来制造复合纱线。此外，当热塑性树脂纤维具有短纤维形式时，优选通过使连续碳纤维束通过溶液浴，然后使连续碳纤维束与热塑性树脂纤维条(fibersliver)交错来制造复合纱线。如本文所指代的，热塑性树脂纤维条通常被理解为是指在梳理(carding)中制造的一股松散的、未加捻(untwisted)的纤维。根据本专利技术的示例性实施方式，当由根据本专利技术的复合纱线来制造模制品时，可以获得优异的机械特性，具体是因为具有优异机械特性的碳纤维以连续纤维的形式存在。此外，因为由根据本专利技术的复合纱线制造的模制品在重量上比钢轻，同时仍满足相同或相当的抗张强度和拉伸模量，所以本专利技术提供轻质的合适模制品。此外，因为根据本专利技术的复合纱线是柔性的，所以存在可以使用复合纱线来实现各种形状的效果。更进一步，因为可以使用本专利技术的复合纱线通过使复合纱线经受加热和固化工艺来实现快速成型，所以存在成型性优异的效果。此外，因为本专利技术允许在热塑性树脂中均匀地分布连续碳纤维，所以存在浸渍能力优异的效果。在下文讨论本专利技术的其它方面和示例性实施方式。附图说明通过参考附图详细描述示例性实施方式，本专利技术的上述和其它的特征和优点将变得更加明显，其中：图1为制造相关技术中的复合纱线的常规方法的示意图。图2为示出根据本专利技术实施方式的用于制造复合纱线的假捻加工机器的摩擦盘和旋转轴的视图。图3为根据本专利技术的实施方式的彼此邻近的轴和包括在轴中的盘的平面图。图4为示出根据本专利技术实施方式的通过第一摩擦盘对纤维进行展丝的视图。图5为根据本专利技术实施方式的连续碳纤维／热塑性树脂纤维复合纱线的横截面以及通过热浸渍和固化的示意图。应当理解到，所附的附图并非必然是按比例的，其说明了本专利技术基本原理的各种优选特征的一定程度上简化的代表。本文公开的本专利技术的具体设计特征，包括，例如，具体大小、方向、位置和形状将部分取决于具体的既定用途和使用环境。在附图中，附图标记在几张图中通篇指代本专利技术的相同或等同部件。具体实施方式在本申请的说明书和权利要求中使用的术语或词语，不应被理解为限于常规的或词典意思，而应基于专利技术者能适当地定义术语的概念以便以最好的方式解释其专利技术的原理而理解为符合技术精神的意思和概念。应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式的目的而不是意在限制本专利技术。如本文所使用的，单数形式“一个、一种(a、an)”和“该(the)”也意在包括复数形式，除非上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续碳纤维／热塑性树脂纤维复合纱线，包括：碳纤维；和热塑性树脂纤维，其中所述碳纤维是具有连续纤维形式的连续碳纤维。

【技术特征摘要】
2013.05.06 KR 10-2013-00504011.一种连续碳纤维/热塑性树脂纤维复合纱线，包括：碳纤维；和热塑性树脂纤维，其中所述碳纤维是具有连续纤维形式的连续碳纤维，其中所述复合纱线具有50捻回数/米至500捻回数/米的捻度，其中所述热塑性树脂纤维具有100至10,000的长径比。2.如权利要求1所述的复合纱线，其中所述热塑性树脂纤维由一种或多种选自聚丙烯、聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺610和聚酯的材料制造。3.如权利要求1所述的复合纱线，其中所述热塑性树脂纤维具有0.5旦尼尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔荣镐，崔致勋，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR