[發明專利]一種低接觸角和低回潮率碳纖維用乳液上漿劑及其制備和應用

有效

• 申請號: 201410569363.7
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN105586778B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 季春曉;黃翔宇;曹阿民;劉瑞超;張捷;王平;田曉婧;周新露;常麗;劉禮華
• 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: D06M15/55
• 分類號: D06M15/55;D06M15/507;C08J5/06;C08K9/08;C08K7/06;D06M101/40
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張寧展

本發明公開了一種低接觸角和低回潮率碳纖維用乳液上漿劑，包括主劑與去離子水，主劑與去離子水質量比為(35:65)～(55:45)，所述的主劑由以下組成：采用本發明的碳纖維用乳液上漿劑上漿后的碳纖維與基體樹脂接觸角小，浸潤速度快，吸附能力強，復合材料界面結合強度高。回潮率極低，對碳纖維儲存環境要求低，可長期保存且不影響纖維的物理性能；同時耐濕熱能力高，可在航空、海上作業等多種復雜環境條件下應用。本發明還公開了上述碳纖維用乳液上漿劑的制備方法和使用方法。

技術領域

本發明屬于碳纖維化工領域，具體涉及一種低接觸角和低回潮率碳纖維乳液上漿劑及其制備和應用。

背景技術

碳纖維復合材料不僅是航空航天和軍事工業必不可少的新材料，而且在交通運輸、基礎設施、新能源及環境治理等民用工業領域有突出的社會和經濟效益。在碳纖維復合材料的成型過程中，碳纖維的各項工藝性能指標對復合材料的物理綜合性能及其穩定性有重要影響，決定了復合材料的實用性和經濟性。

碳纖維與基體樹脂的接觸角是影響復合材料制備難易程度和界面結合能力強弱的重要因素。碳纖維與基體樹脂的接觸角越小，制備復合材料時基體樹脂浸潤速度越快，制備工藝更簡捷、經濟且具有選擇性；同時碳纖維吸附樹脂能力更好，兩相界面間的結合強度更高。碳纖維回潮率對碳纖維及所制復合材料的長期儲存性、耐濕熱性等多項性能有重要影響。上漿碳纖維的回潮率越小，制備的碳纖維可在更長的儲存期內保持質量穩定，降低了對儲存環境的要求；同時，所制備復合材料耐濕熱環境的能力提高，擴展了復合材料在航空、海洋作業等領域的應用范圍和效能。

理想的碳纖維上漿劑，應該使基體樹脂在碳纖維表面具有良好的浸潤和鋪展能力，而且能夠與基體樹脂有良好粘結效果，具有較高的層間剪切強度。同時所制備的碳纖維回潮率較低，能夠制備具有高穩定性和高濕熱強度的碳纖維。

專利CN 101736593A提供了采用水性環氧樹脂、水溶性環氧樹脂固化劑、助劑等制成的水性環氧樹脂上漿劑。專利CN 1302172A采用聚氧化乙烯壬基酚醚與聚氧乙烯去水山梨醇單油酸酯為乳化劑、過硫酸鉀與亞硫酸鈉為引發劑制備環氧樹脂基碳纖維上膠劑。這類上漿劑對碳纖維與基體樹脂接觸角關注不足，又由于采用外乳化的方法制備，配方中表面活性劑、固化劑等組分過多，碳纖維回潮率較高。

發明內容

針對上述的問題，本發明提供一種由芳香族聚酯多元醇、雙酚A環氧樹脂和陰離子表面活性劑等作為主成分的碳纖維用乳液上漿劑，以及相應的制備、使用方法。所述的碳纖維用乳液上漿劑可改善上漿后碳纖維與樹脂的接觸角及回潮率，其制備和使用過程無任何有機溶劑。

具體而言，本發明提供了一種碳纖維用乳液上漿劑，包括主劑與去離子水，主劑與去離子水質量比為(35:65)～(55:45)，所述的主劑由以下組成：

優選，所述的芳香族聚酯多元醇，可以用式(I)表示：

其中，R₁₄選自下列的一種或多種：含有1～12個碳原子的二價飽和或不飽和的脂肪族基團、含有6～10個碳原子的二價芳香族基團；R₁₅選自下列的一種或多種：含有2～12個碳原子的二價飽和或不飽和的脂肪族基團、含有6～10個碳原子的二價芳香族基團，且R₁₄和R₁₅不能同時為脂肪族基團。所述的芳香族聚酯多元醇可以為飽和/不飽和脂肪族二元酸或其衍生物，芳香族二元酸或其衍生物與飽和/不飽和脂肪族二元醇或其衍生物，芳香族二元醇或其衍生物制得。本發明對芳香族聚酯多元醇的制備方法沒有特別的限制。

更優選，所述芳香族聚酯多元醇，選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚鄰苯二甲酸乙二醇酯、聚間苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯、聚鄰苯二甲酸丙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚鄰苯二甲酸丁二醇酯。最優選，所述芳香族聚酯多元醇，選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚鄰苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯。