[發明專利]一種乳液型碳纖維用上漿劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201210447780.5
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN102943381A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 雷震;宋威;蔡彤旻;黃險波;黃有平;謝懷玉
• 申請（專利權）人: 金發科技股份有限公司;上海金發科技發展有限公司
• 主分類號: D06M15/55
• 分類號: D06M15/55;D06M13/232;D06M11/13;C08J5/06;C08L69/00;C08K9/04;C08K7/06;D06M101/40
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 黃磊

技術領域

本發明屬于碳纖維生產領域，具體涉及一種乳液型碳纖維用上漿劑及其制備方法和應用。

背景技術

在碳纖維增強復合材料中，用于增強的碳纖維和基體樹脂之間使用上漿劑作為過渡層，上漿劑既能很好地連接碳纖維，又能很好地連接基體樹脂，使碳纖維增強復合材料成為一個整體，具有很強的整體性能。

專利CN1318686C公開了一種碳纖維用上漿劑，該碳纖維用上漿劑含有，（A）分子中至少具有一個環氧基的化合物，（B）具有以銨離子作為對離子的陰離子型表面活性劑，（C）非離子型表面活性劑。

但是，應用上述的碳纖維上漿劑上漿后的碳纖維制成的熱塑性樹脂復合材料（CFRTP），上漿劑過渡連接層中的環氧樹脂與碳纖維間的化學鍵合力作用較強，而與熱塑性樹脂基體間的化學鍵合力作用較弱，整體上碳纖維與熱塑性樹脂基體之間的連接作用也就不強。因而所制成的碳纖維熱塑性樹脂復合材料層間剪切強度較小，對碳纖維復合材料的整體性能造成了極大的不利影響。而且，上述的碳纖維上漿劑的儲存和使用穩定性較差，在儲存和使用過程中會出現乳液分層、乳液濃度分布不均，甚至過早發生破乳、絮凝、團聚等，上漿劑出現分層、下沉、混濁等現象，無法進行碳纖維上漿，且在使用及輸送過程中不能進行較為快速的攪拌，這對碳纖維生產帶來了極大的不便，而且對碳纖維及其復合材料的整體性能也帶來很大的不利影響。

發明內容

為了克服以現有的碳纖維上漿劑制成的碳纖維復合材料層間剪切強度較小的缺陷，以及克服現有的碳纖維上漿劑儲存和使用穩定性不好的問題，本發明的首要目的在于提供一種乳液型碳纖維用上漿劑，本發明的上漿劑能極大地提高碳纖維復合材料的層間剪切強度，保證碳纖維復合材料有較高的整體性能；并且，本發明的上漿劑在儲存和使用過程中不會出現乳液分層、乳液濃度分布不均現象，且在使用及輸送過程中可以進行較為快速的攪拌，方便使用。

本發明的另一目的在于提供上述的乳液型碳纖維用上漿劑的制備方法。

本發明的再一目的在于提供上述的乳液型碳纖維用上漿劑的應用。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種乳液型碳纖維用上漿劑，其制備原料包括以下質量百分比的成分：

環氧樹脂：??2-40%

碳酸酯：????1-20%

水：????????0-96.5%

表面活性劑：0.5-15%

無機銨鹽：??0.1-2.0%。

所述的環氧樹脂是指分子中含有至少一個環氧基的化合物，優選雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂或酚醛環氧樹脂中的一種。

所述的碳酸酯是指碳酸（H₂CO₃）分子中兩個羥基（-OH）上的氫原子部分或全部被烷基（R、R'）取代后的化合物，其結構如式I或式II所示；所述的碳酸酯優選碳酸二甲酯和/或碳酸二苯酯。

表面活性劑是起到乳化的作用，所述的表面活性劑為陰離子表面活性劑和/或非離子表面活性劑；

所述的陰離子表面活性劑為有機銨（氨）鹽和/或胺類化合物，其含有如式1、式2、式3或式4所示的疏水基團：

式1、式2、式3和式4中，R₁、R₂、R₃為H或C₁-C₃的鏈狀烴基；R₄為2價脂肪族烴基；m是1～3的整數。

所述的非離子表面活性劑為高級醇醚型的聚烯化氧乙烯加成物、高級脂肪酸型的聚烯化氧乙烯加成物、烷基苯基醚型的聚烯化氧乙烯加成物或PO/EO嵌段型聚醚，優選聚氧化乙烯烷基醚、聚氧化乙烯烷基苯醚、聚氧化乙烯脂肪酸酯、聚氧化乙烯脂肪酸氨基醚、多元醇脂肪酸酯、聚氧化乙烯多元醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、醇酰胺或聚氧化烷基嵌段芳聚物。

所述的無機銨鹽為氯化銨、硫酸銨或硝酸銨；這其中，氯化銨的穩定效果最好，因此所述的無機銨鹽優選氯化銨，這是由于氯化銨分子與環氧樹脂分子和水分子間的氫鍵作用、離子鍵作用較強，有利于兩相結合并穩定存在。

上述的乳液型碳纖維用上漿劑的制備方法，包括以下步驟：

取表面活性劑加入水中，攪勻；再加入環氧樹脂、碳酸酯，500-1000r/min下攪拌60-100min；然后在5000-10000r/min下攪拌剪切乳化15-35min；最后加入無機銨鹽，在500-1000r/min下攪拌15-25min，得到乳液型碳纖維用上漿劑；