[發明專利]一種增強熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑的制備方法

在審

• 申請號: 201310473074.2
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN104562698A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 黃翔宇;王彪;潘任行;梅詩宇;鄧文彬
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石化上海石油化工股份有限公司
• 主分類號: D06M15/564
• 分類號: D06M15/564;C08K9/04;C08K7/06;C08J5/06;D06M101/40
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明屬于材料應用技術領域，具體的說，涉及一種增強熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑的制備方法。

背景技術

碳纖維是高性能復合材料的重要增強材料，廣泛應用于航空航天、體育休閑用品、建筑、紡織機械、電子產品等領域。碳纖維增強熱塑性樹脂復合材料因其可重復使用、成型速度快、抗疲勞性能好等特點得到快速發展。

碳纖維表面改性是碳纖維在復合材料中應用的關鍵技術，在碳纖維生產過程中需要對碳纖維進行電化學氧化等處理，使得碳纖維表面產生含氧活性基團，如羥基、羧基和羰基等。這些活性基團可以和復合材料的各種基體樹脂產生化學鍵合，從而可以大幅改善復合材料的界面性能。但是，碳纖維本身具有脆性，容易在生產、加工中產生毛絲，而且以上所述經表面改性獲得的活性基團在空氣中容易“失活”。所以對碳纖維表面進行上漿處理是碳纖維生產中不可或缺的工序，其目的除了減少毛絲、保護碳纖維表面、避免碳纖維表面“失活”以外，還可以通過上漿劑設計來改善纖維和樹脂基體的浸潤性，提高界面作用強度。

目前研究的碳纖維用上漿劑主要是針對碳纖維增強熱固性樹脂復合材料的，如專利CN101736593A中公開了一種環氧樹脂乳液的上漿劑，主要用于碳纖維增強熱固性環氧樹脂復合材料。熱塑性樹脂基復合材料和熱固性樹脂復合材料的加工成型方法有較大區別，界面作用的原理也不相同，所以開發熱塑性樹脂基復合材料用碳纖維上漿劑顯得非常的迫切。專利CN10099867A中公開了一種熱塑性聚酰亞胺樹脂和縮水甘油醚型環氧樹脂的水性乳液上漿劑的制備方法，但上述上漿劑制備過程復雜，上漿后碳纖維表面較脆，和熱塑性樹脂界面的相容性較差。專利CN102660874A公開了一種碳纖維用熱塑性上漿劑，其玻璃化轉變溫度高于267℃，可以用于大多數的耐高溫熱塑性樹脂。但是該上漿劑為溶劑型上漿劑，污染大、生產操作環境差、溶劑回收成本高。

熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑設計和加工應主要考慮：

（1）提高碳纖維的技術性；

（2）提高碳纖維與高粘度熱塑性樹脂的浸潤性；

（3）提高碳纖維和熱塑性樹脂的界面作用；

（4）成本底、環境友好。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種增強熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑的制備方法，其工藝簡單、成本低、環境友好，可提高碳纖維和樹脂的浸潤性及其界面作用。

本發明提供的一種增強熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑的制備方法，具體步驟包括：（1）制備專用偶聯劑：將含活潑氫的封端劑溶解在有機溶劑中，濃度控制在1mol/L-5mol/L，在惰性氣氛保護下滴加到異氰酸酯中，封端劑和異氰酸酯的投料摩爾比為（1～2.5）：1，反應溫度為60-105℃，反應時間為2-8小時，反應結束后，除去過量封端劑，經洗滌、干燥后得到專用偶聯劑。

（2）將專用偶聯劑和水或有機溶劑進行混合，配制成濃度為5wt-15wt%的懸浮液或溶液，在20-40℃的條件下將水性聚氨酯乳液、專用偶聯劑、分散劑以及熱塑性樹脂粉體進行混合得到固含量為1wt%～4wt%的碳纖維表面上漿劑，其中專用偶聯劑的加入量為水性聚氨酯的0.1wt%～5wt%，熱塑性樹脂粉體的加入量為水性聚氨酯的1wt%～10wt%，分散劑的加入量為熱塑性樹脂粉體0.5wt%～5wt%。

上述步驟1中所述的含活潑氫的封端劑為N-甲基乙酰胺、乙酰苯胺、己內酰胺、亞硫酸氫鈉、焦亞硫酸氫鈉中的一種或幾種。

上述步驟（1）中所述的異氰酸酯為2，4-甲苯二異氰酸酯、2，6-甲苯二異氰酸酯、4，4’-二苯甲烷二異氰酸酯、1，5-萘二異氰酸酯、多亞甲基多苯基多異氰酸酯、亞苯二甲基二異氰酸酯、對苯二異氰酸酯、四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、4，4’-二環己基甲烷二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、甲基環己基二異氰酸酯中的一種。

上述步驟（1）中所述的有機溶劑選自甲苯、苯或二甲苯中的一種。

上述步驟（2）中所述的有機溶劑選自乙二醇、異丙醇、丁酮、丙酮，甲醚或全氯乙烯中的任一種。

上述步驟（2）中所述的水性聚氨酯乳液，其粒徑在0.1～1.0微米。

上述步驟（2）中所述的熱塑性樹脂粉體選自尼龍6、尼龍66、尼龍1010、聚酯、聚丙烯、聚乙烯或聚苯硫醚中的任一種，粉體粒徑5～20微米。

上述步驟（2）中所述的分散劑選自聚乙二醇、聚丙烯酰胺或氨丙基三乙氧基硅烷中的一種或二種。