[發明專利]一種碳纖維用水性環氧樹脂上漿劑的制備方法

有效

• 申請號: 201010300131.3
• 申請日: 2010-01-08
• 公開（公告）號: CN101736593A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 黃玉東;張如良;劉麗;唐一壬;王曉明;劉青松;景介輝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: D06M15/55
• 分類號: D06M15/55;D06M101/40
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 金永煥

技術領域

本發明涉及一種上漿劑的制備方法。

背景技術

碳纖維是脆性材料，在生產及加工過程中，經機械摩擦容易產生毛絲及單絲斷裂等現象 ，使碳纖維的強度降低，而且由于毛絲的存在，使基體樹脂不能充分潤濕碳纖維，使之在制 備的復合材料中容易產生孔隙，從而影響復合材料的力學性能，并且毛絲還會對工作環境產 生影響。因此，必須對碳纖維進行上漿，上漿的作用是在碳纖維表面形成保護膜，這樣在后 續的加工過程中不僅可保護碳纖維表面，減少毛絲及單絲斷裂現象，使碳纖維易與集束，而 且還可起一過渡層的作用，改善碳纖維與基體樹脂的相容性，從而改善了復合材料的界面粘 結。

目前，碳纖維上漿劑可分為兩種，一種是溶液型的，是將有機樹脂如聚乙烯醇、醋酸乙 烯酯聚合物、丙烯酸的聚合物、聚氨酯、環氧樹脂等溶解在丙酮等有機溶劑中配制而成的， 但是溶液型上漿劑需要大量易燃的有機溶劑，會帶來經濟、安全、衛生等方面的問題。另一 種是乳液型的，以一種樹脂為主體，配以定量的乳化劑有時還含有少量交聯劑，視樹脂性質 而定，以及提高界面粘合性的助劑制成的乳液，它一般不易在導輥上殘留下樹脂，又無溶劑 污染環境，而且由于乳液中含有表面活性劑提高了纖維表面的被潤濕性，同時又可通過助劑 、偶聯劑、達到提高的目的，因而國外廣泛采用乳液型上漿劑，但是乳液型上漿劑的成本高 ，限制其推廣適用；目前，國內研究的乳液型上漿劑性能不是很理想，不能同時保證碳纖維 具有較好的集束性、光滑度、柔軟性、柔韌性等，且不能同時的滿足纖維間絲條整體松散程 度、開纖性、單根纖維間的交聯程度等性能指標，不能滿足目前生產的需求和市場的需要。

發明內容

本發明為了解決現有國外的乳液型上漿劑成本高；國內研究的乳液型上漿劑性能不好， 對碳纖維的增強作用差的問題，而提供一種碳纖維用水性環氧樹脂上漿劑的制備方法。

碳纖維用水性環氧樹脂上漿劑的制備方法按以下步驟實現：一、在70℃的水浴中按質量 比80∶20加入環氧樹脂和水性環氧乳化劑，然后置于高剪切分散乳化機中，以1500～ 16000r/min的轉速進行攪拌，并滴加去離子水至混合體系發生相轉移，20～90min后再滴加 去離子水至混合體系的固含量為40％～50％，繼續攪拌30min，得水性環氧樹脂HIT-WE；二、 在70℃的水浴中按質量比80∶20加入環氧樹脂固化劑和水性環氧乳化劑，然后置于高剪切分 散乳化機中，以1500～8000r/min的轉速進行攪拌并滴加去離子水，3～5h后再滴加去離子水 至混合體系的固含量為40％～50％，得水溶性環氧樹脂固化劑HIT-GY；三、用去離子水將水性 環氧樹脂HIT-WE稀釋至固含量為0.5％～5％，然后分散至粒徑為100～500nm，得水性環氧樹脂 乳液HIT-Y；四、按質量比100∶0.01～0.25將水性環氧樹脂乳液HIT-Y與水溶性環氧樹脂固 化劑HIT-GY混合，得水性環氧樹脂乳液體系HIT-S；五、按質量百分比將90％～98％的水性環 氧樹脂乳液體系HIT-S和2％～10％的助劑混合，即得碳纖維用水性環氧樹脂上漿劑；其中步驟 二中環氧樹脂固化劑為三乙烯四胺、對苯二胺、脂肪族胺或芳香二胺；步驟三中分散是采用 高剪切分散乳化機以3000～8000r/min的轉速進行分散或者采用超聲分散10～30min；步驟五 中助劑是脂肪酸SR-GWS和脂肪族酰胺SR-508。

本發明碳纖維用水性環氧樹脂上漿劑，與常用的樹脂基體具有很好的相容性，能同時達 到保護碳纖維表面及增強碳纖維和與樹脂基體的粘結強度的目的，能充分發揮碳纖維的優異 性能，能賦予碳纖維充分的集束性、優異的力學性能和較低的飽和吸水率(＜0.6％)。本發 明碳纖維用水性環氧樹脂上漿劑，具有很好的滲透性，能滲入纖維內部進行粘結；很好的水 溶性，便于上膠；有較好的粘結強度，賦予碳纖維以良好的加工性能，以承受張力和摩擦； 不落膠，不搭膠，對溫度和濕度適應范圍寬。本發明碳纖維用水性環氧樹脂上漿劑的性能好 ，對碳纖維的增強作用好，能同時保證碳纖維具有較好的集束性、光滑度、柔軟性、柔韌性 ，且能同時滿足纖維間絲條整體松散程度、開纖性、單根纖維間的交聯程度性能指標。本發 明制備方法簡單，成本低，滿足目前生產的需求和市場的需要。

附圖說明