[發明專利]一種碳纖維用耐溫型乳液上漿劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410475688.9
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104294602A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 葛曷一;柳華實;馬小龍;趙衛國
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: D06M15/55
• 分類號: D06M15/55;D06M15/53;C08G59/14;C08J5/06;C08L63/00;C08K9/08;C08K7/06;D06M101/40
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技術領域

本發明涉及一種碳纖維用耐溫型上漿劑及其制備方法和應用，特別涉及一種適用于環氧樹脂基體的耐溫型碳纖維乳液型上漿劑及其制備方法和應用。

背景技術

碳纖維憑借其高比強度、高比模量、耐高溫以及耐腐蝕等優異性能，被廣泛應用于各個領域。然而，碳纖維是脆性材料，在紡織或加工過程中因摩擦容易引起單絲斷裂和毛絲，降低碳纖維的強度，影響復合材料的力學性能。為提高碳纖維的強度和后加工性能，碳纖維生產線的收卷前都配有上漿裝置。上漿就是在碳纖維表面涂覆一層保護膠，使碳纖維集束，改善碳纖維的加工性。

一般而言，上漿劑主要分為兩種：溶劑型和乳液型。溶劑型上漿劑使用時，有機溶劑存在易燃和污染環境兩大弊端，而且樹脂容易殘留在導輥上，纖維通過時容易被損傷，目前已很少使用。乳液型上漿劑不易在導輥上殘留樹脂，又不易燃且對環境無污染，而且由于表面活性劑的存在，可以大大提高纖維表面的可潤濕性。因此，目前各碳纖維生產廠商多用乳液型上漿劑。此外，上漿劑的主漿料與基體相同或相似并能參與后期基體樹脂的固化交聯反應，進而提高碳纖維與基體樹脂間的界面結合。目前，上漿劑多以環氧樹脂為主漿料，但是環氧樹脂的分子結構決定了它具有較大的剛性，以環氧樹脂為主漿料制備的上漿劑對碳纖維進行上漿處理時，膠層剛度和脆性較大，不利于碳纖維的后加工性以及碳纖維復合材料的界面抗沖擊性。

為了適應不同的使用環境，復合材料的基體會選用不同的樹脂。因此，上漿劑必須適應不同的樹脂基體，并與其有很好的相容性，才能充分發揮碳纖維的優異性能。以往的工作者研制了很多乳液型上漿劑，例如US?4751258、US?4420512、CN?02813985.2?均公開了乳液型上漿劑的制備方法和用途，這些上漿劑更適用于普通環氧樹脂基體。當復合材料的基體為耐溫型環氧樹脂時，他們的性能協同性不理想。美國專利US?4981947報道了異氰酸酯與不飽和醇反應形成具有聚氨酯鍵的化合物，以此作為主要成分制備碳纖維上漿劑，但是該工序較繁瑣，反應條件不容易控制。US?4880881報道了一種不僅能夠提高碳纖維的后加工性能，而且可以通過調節組分質量比例來適應環氧基體和不飽和聚酯基體的上漿劑。但是，該上漿劑主成分的制備較繁瑣且穩定性不佳。山西煤炭化學研究所公開了一種以熱塑性聚酰亞胺和環氧樹脂E-51復配為主要成分的碳纖維上漿劑，它具有很好的耐溫性。但由于聚酰亞胺的溶解性差，導致上漿劑制備過程中操作困難。

發明內容

為克服上述不足，本發明提供了一種以改性柔性耐溫環氧樹脂為主漿料的碳纖維乳液型上漿劑，解決了耐溫型樹脂剛性大且制備上漿劑時存在的乳化困難的難題。本上漿劑適用于耐溫型環氧樹脂基體，能夠更好地改善碳纖維的后加工性能，形成耐溫韌性界面層，提高復合材料的界面性能。

本發明還提供了本上漿劑的制備方法，該方法操作簡單，實施方便。

本發明還提供了本上漿劑主漿料樹脂的合成方法，在主漿料樹脂分子中引入柔性分子鏈，提高復合材料界面層的柔韌性。

本發明還提供了本碳纖維乳液型上漿劑在碳纖維上的應用。

本發明是通過以下措施實現的：

一種碳纖維乳液型環氧樹脂上漿劑，包括：主漿料、乳化劑、助劑和去離子水，其中，助劑包括稀釋劑和滲透劑，乳化劑的質量為主漿料質量的5～15%，稀釋劑的質量為主漿料質量的0～100%，滲透劑的質量為主漿料質量的1～5%，去離子水與主漿料的質量比為50～90:10～50。

上述上漿劑中，所述主漿料是由正十二胺改性的縮水甘油胺型環氧樹脂，改性時正十二胺與環氧樹脂的質量比為10～40:?60～90。所述縮水甘油胺型環氧樹脂為對氨基苯酚環氧樹脂?(AFG-90)?或4，4-二氨基二甲苯甲烷環氧樹脂?(AG-80)。本發明所用的正十二胺可以在市場購買，純度為98%，分子量為185.35。

本發明的關鍵在于針對上述不足，利用柔韌性較好的脂肪鏈分子正十二胺與環氧樹脂進行接枝加成，使得改性樹脂具有適當的柔韌性。利用改性的樹脂作為主漿料制備的上漿劑，既具有適當的柔韌性，又留有足夠的環氧基團來與基體樹脂進行固化交聯。通過本上漿劑處理的碳纖維可以適應多種不同的后加工工藝和用途，例如短切纖維的硬挺度應保證紗線在受到刀片的剪切作用時形變較小，使得刀片能順利切斷紗線，本上漿劑通過減少主漿料中正十二胺的用量即可使其適用于短切碳纖維；用于編織的纖維由于要承受大角度的彎曲作用，要求纖維具有良好的柔韌性，此時增加主漿料中正十二胺的用量即可滿足要求。