[發明專利]一種碳纖維用復合型水性乳液上漿劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201610044193.X
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105484041A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 劉芳;戴慧平;郭鵬宗;連峰;歐陽新峰
• 申請（專利權）人: 中復神鷹碳纖維有限責任公司
• 主分類號: D06M15/55
• 分類號: D06M15/55;D06M15/564;D06M15/507;D06M13/148;D06M101/40
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及碳纖維用上漿劑技術領域，具體涉及一種碳纖維用復 合型水性乳液上漿劑及其制備方法。

背景技術

碳纖維具有高的比強度和比模量，是目前先進復合材料的主要增 強材料之一，被廣泛應用于航空航天，體育器材和工業領域。與傳統 材料相比，碳纖維復合材料具低密度、高強度、高模量、耐高溫、耐 高溫、耐化學腐蝕、低電阻、高導熱、低熱膨脹、耐化學輻射等特性。 還具有纖維的柔曲性和可編性，因此碳纖維被當作高科技先進材料的 代表。

在高性能碳纖維的眾多生產制造工藝中，碳纖維的上漿工藝流程 是不可缺少的重要環節。首先，上漿劑在碳纖維表面均勻涂覆，可以 改變纖維表面形貌，即表面粗糙度發生變化，有助于強化纖維與樹脂 基體間粘附錨定效應；其次，上漿劑可以在碳纖維表面形成功能性有 機高分子層，從而改變碳纖維本來惰性的表面，使表面能提高，容易 實現樹脂基體在其表面的充分浸潤；再次，上漿涂覆后的碳纖維表面 的極性等活性基團含量增加，上漿劑中聚合物分子在溫度控制下易于 與樹脂基體發生作用，形成了化學鍵合使纖維與樹脂基體結合得更加 牢固。最后，通過改變上漿劑體系主要成分的分子類型，實現碳纖維 在不同樹脂基體中的應用，形成碳纖維產品和相應復合材料的多樣化 和適應性。

由于碳纖維上漿劑對于碳纖維制造和產品性能的重要性，國外各 碳纖維生產公司對于上漿劑配方嚴格保密，相關的文獻報道極少。因 此，研制出適合生產的高性能碳纖維用上漿劑迫在眉睫。

環氧樹脂是熱固性樹脂中收縮率最小的一種，具有良好的力學性 能、粘結性能和耐化學腐蝕性能等特點，尤其耐堿性更為優越，常常 被用于制作膠黏劑和防腐涂層的主體，并在電子、電氣、機械制造、 化工防腐等許多工業領域中起到越來越重要的作用，成為各工業領域 中不可或缺的基礎材料，并逐步朝著“高純化、精細化、專用化、系 列化、配套化、功能化”六個方向發展，以此滿足各個行業對環氧樹 脂提出的不同性能要求。水性環氧樹脂由于其具有較高的力學性能、 優良的附著粘接性能、良好的化學穩定性和耐熱性、不含或少含有機 溶劑，從而使其應用領域大大擴展但環氧樹脂固化后交聯密度高，呈 三維網狀結構，存在內應力大、質脆、耐疲勞性與耐沖擊性差等不足， 加之表面能高，在很大程度上限制了其應用。

目前，通過改性環氧樹脂來增韌基體樹脂的研究已取得了顯著的 成果，其增韌途徑主要有兩種：(1)用含“柔性鏈”的固化劑固化環氧， 在交聯網絡中引入柔性鏈段，提高網鏈分子的柔順性，達到增韌的目 的；(2)用熱固性樹脂連續貫穿于環氧樹脂網絡中形成互穿、半互穿網 絡結構來增韌從而使環氧樹脂韌性得到改善。

同時，熱塑性樹脂的發展速度也非常迅速，已大大超過熱固性樹 脂的發展速度，這主要是由于熱塑性樹脂具有密度小、強度高、性能 可設計性自由度大、高耐熱性、廢料回收利用性好等優良性能。在環 氧樹脂基體中加入一定量的高性能熱塑性樹脂，可以使碳纖維以較小 的質量獲得更高的機械強度，提高強度應用檔次；可以形成顆粒分散 相，使環氧樹脂的韌性得到提高，而且不降低其剛度和耐熱性。因此 用熱塑型樹脂增韌水性環氧樹脂逐漸成為一個熱門研究方向。

值得一提的是，經過不斷地探索和努力，制備出一種碳纖維用復 合型水性乳液上漿劑。該復上漿劑附著在纖維表面，改善熱塑性樹脂 與纖維間的界面粘接,利用水性環氧樹脂的粘接性、耐腐蝕性、絕緣性、 高強度等性能,改性熱塑性樹脂,實現兩者性能優化組合,賦予熱塑性 樹脂更好的性能。該復合乳液上漿劑干燥后形成皮膜將織物表面包裹， 賦予碳纖維平滑、厚實、豐滿、硬挺的手感，使濕法預浸料、雙向編 織布等復合材料的物理性能及力學性能優異且穩定。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種由熱塑性上漿劑、水性 改性環氧樹脂乳液和增韌助劑共同組成的復合型水性乳液上漿劑，該 復合乳液上漿劑具備浸潤性好、界面粘結性強、高韌、強度高、穩定 性好、環保無污染、制備工藝簡單易操作等優點，適合直接應用于批 量化的工業生產。

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

一種碳纖維用復合型水性乳液上漿劑，由以下物質組成：熱塑性 上漿劑、水性改性環氧乳液、增塑助劑。