[發(fā)明專利]一種水性環(huán)氧乳液型碳纖維上漿劑及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210283833.4
• 申請日: 2012-08-10
• 公開（公告）號: CN103572608A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杭傳偉;梁中全;史有好;馬萬翔;宋李平;朱啊啦
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇恒神纖維材料有限公司
• 主分類號: D06M15/55
• 分類號: D06M15/55;D06M15/53;D06M15/507;D06M101/40
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 沈志海

技術(shù)領(lǐng)域

???本發(fā)明涉及一種上漿劑及其制備方法，尤其涉及一種水性環(huán)氧乳液型碳纖維上漿劑及其制備方法。

背景技術(shù)

碳纖維作為先進復(fù)合材料中的碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料（CFRP）的增強相具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、低密度、導(dǎo)電效率高等突出的優(yōu)異性能。以日本東麗公司T300為例，高性能碳纖維的比強度是鋼的13倍，比模量是鋼的5倍?，而密度僅為鋼的1/4。因此，碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料（CFRP）自上世紀六七十年代誕生以來，迅速在航空航天，大功率風力發(fā)電機械，建筑工業(yè)，汽車工業(yè)，體育用品，導(dǎo)體材料，海洋耐腐蝕材料，電子產(chǎn)品及醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用并呈現(xiàn)出逐年遞漲的趨勢，被譽為21世紀的新型材料，并被美國總統(tǒng)戰(zhàn)略咨詢機構(gòu)列為“影響美國科技發(fā)展的21項新技術(shù)”之一。

在碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料（CFRP）中，增強碳纖維與基體樹脂之間的真實界面是以上漿劑為主體形成的界面層。上漿劑作為碳纖維與基體樹脂之間的真實界面，連接碳纖維與樹脂基體，使兩者形成一個承載外力的整體。碳纖維與基體樹脂在界面區(qū)間的有效黏結(jié)，對載荷的有效傳遞起了關(guān)鍵性的作用，最終提高了復(fù)合材料的整體力學(xué)性能。上漿劑是高性能碳纖維必不可少的組成部分，其配方是世界各大碳纖維生產(chǎn)商的機密，生產(chǎn)商以其特有的上漿劑，提高了其碳纖維的競爭優(yōu)勢，如日本的東麗、東邦和三菱等大型碳纖維生產(chǎn)商都是基于其公司碳纖維工藝性及其與基體樹脂的相容性，開發(fā)了不同的上漿劑產(chǎn)品。然而國內(nèi)關(guān)于碳纖維上漿劑的研制和應(yīng)用起步較晚，高校和研究院所取得的成果有限，且產(chǎn)量小、產(chǎn)品種類較少。隨著國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)商的不斷涌現(xiàn)，碳纖維上漿劑用量亦急劇增加，研發(fā)與國產(chǎn)碳纖維相匹配的上漿劑，不斷豐富上漿劑種類，滿足生產(chǎn)需求和市場需要，從而實現(xiàn)打破受制于人的局面，提高國產(chǎn)高性能碳纖維用上漿劑的競爭力。

根據(jù)上漿劑使用的溶劑類型劃分，可分為溶劑型上漿劑和乳液型上漿劑兩大類。溶劑型上漿劑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(huán)氧樹脂等直接溶解在丙酮、丁酮等有機溶劑中配制而成的，操作工藝較為簡單。然而，在上漿過程中溶劑較易揮發(fā)使樹脂殘留在導(dǎo)輥上，當后續(xù)纖維通過時會造成更大的損傷；另外從安全、經(jīng)濟、環(huán)保的角度考慮，使用大量高度易燃、易爆的揮發(fā)性有機化合物，不僅對生產(chǎn)設(shè)備和人體的安全構(gòu)成了很大的威脅，而且會造成資源的浪費、環(huán)境的污染，目前該類上漿劑國外已極少使用。乳液型上漿劑是以樹脂為主體，配以一定量的乳化劑、少量集束劑、潤滑劑以及其他助劑制備而成的乳液。它一般不易在導(dǎo)絲輥上殘留樹脂，又無揮發(fā)性有機化合物污染環(huán)境，而且乳液中的表面活性劑可以大大提高碳纖維表面的被潤濕性，達到提高復(fù)合材料層間剪切強度的目的，目前該類型的上漿劑為各國爭相研發(fā)和應(yīng)用的主流產(chǎn)品。

中國專利CN?101858038?A和CN?101858037?A公開了兩種碳纖維乳液上漿劑的制備方法和應(yīng)用，在其操作工藝較為簡單的背后不可避免的用到了揮發(fā)性有機化合物，如丙酮、甲乙酮等，對生態(tài)環(huán)境和操作人員的人身健康都構(gòu)成了一定的威脅，而且其應(yīng)用范圍也停留在實驗室階段，不能實現(xiàn)規(guī)模化的應(yīng)用，有一定的局限性。美國專利US005688554A和US4904818公開了兩種碳纖維上漿劑的制備方法，其操作工藝較為復(fù)雜，原材料成本較高且不易于購買到，不利于規(guī)?；a(chǎn)和碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料（CFRP）總成本的控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種水性環(huán)氧乳液型碳纖維上漿劑及其制備方法解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的使用揮發(fā)性有機化合物對生態(tài)環(huán)境和操作人員的人身健康均形成威脅，且不能實現(xiàn)規(guī)模化的應(yīng)用，或操作工藝較為復(fù)雜，原材料成本較高、不易于購買到，不利于規(guī)模化生產(chǎn)和成本控制的問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種水性環(huán)氧乳液型碳纖維上漿劑，其組分的質(zhì)量百分比為：環(huán)氧樹脂15%～35%；表面活性劑5%～20%；潤滑劑0.1%～0.5%；消泡劑0.1%～0.5%；去離子水55%～65%。

進一步改進在于：所述環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂。

進一步改進在于：所述表面活性劑為烷基酚聚氧乙烯醚型表面活性劑。

進一步改進在于：所述潤滑劑為聚乙二醇月桂酸酯或聚乙二醇硬脂酸酯。

進一步改進在于：所述消泡劑為有機硅水性消泡劑。

進一步改進在于：所述去離子水的電導(dǎo)率小于或等于1μs/cm。

進一步改進在于：所述水性環(huán)氧乳液型碳纖維上漿劑的粒徑為200～400nm、表面張力為35～40mN/m。