[發(fā)明專(zhuān)利]用于碳纖維上漿劑的雙親改性納米片層二硒化鉬基助劑

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610264018.1
• 申請(qǐng)日: 2016-04-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105862423B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉明新;沈劍鋒;李娜
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): D06M15/285
• 分類(lèi)號(hào): D06M15/285;D06M15/233;D06M11/52;D06M15/643;D06M13/188;D06M101/40
• 代理公司: 北京天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11386
• 代理人: 白海燕,王濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于纖維上漿劑中添加的雙親改性納米片層二硒化鉬基助劑。

背景技術(shù)

碳纖維具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料。但因碳纖維是脆性材料，在生產(chǎn)及加工過(guò)程中，經(jīng)機(jī)械摩擦容易產(chǎn)生毛絲及單絲斷裂等現(xiàn)象，使碳纖維的強(qiáng)度降低。由于毛絲的存在，使基體樹(shù)脂不能充分潤(rùn)濕碳纖維，這樣就會(huì)在制備的復(fù)合材料中產(chǎn)生孔隙，影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。另一方面，纖維表面凹槽的存在將有助于改善纖維與樹(shù)脂的界面粘結(jié)狀況，即有助于復(fù)合材料界面性能的提高但又可能會(huì)使碳纖維本身的性能下降，從而使復(fù)合材料的綜合性能下降。而對(duì)碳纖維進(jìn)行上漿可以較好的解決以上問(wèn)題。在纖維的生產(chǎn)過(guò)程中，上漿是其中一個(gè)極為重要的環(huán)節(jié)。近年來(lái)，納米材料由于其尺寸效應(yīng)，大的比表面積以及較強(qiáng)界面的相互作用作為上漿劑的改性劑受到人們的關(guān)注。

目前，上漿劑主要有溶劑型和乳液型兩種。溶劑型上漿劑由于需要大量的有機(jī)溶劑，并且生產(chǎn)車(chē)間環(huán)境污染嚴(yán)重，在國(guó)外早已不采用。乳液型上漿劑則是一種樹(shù)脂為主體，配以一定量的乳化劑和其他助劑配制而成的乳液。隨著碳纖維復(fù)合材料工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)上漿劑的性能要求也不斷提高，從單純的保護(hù)碳纖維逐漸演變成為了可以增強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料界面粘結(jié)強(qiáng)度，提高復(fù)合材料力學(xué)性能，即由通用型上漿劑向功能型上漿劑發(fā)展。

上漿是碳纖維生產(chǎn)工藝過(guò)程中的一個(gè)重要工序。碳纖維上漿的主要作用是隔離空氣中灰塵及水分，從而避免破壞經(jīng)表面處理后的纖維表面活性。采用無(wú)機(jī)納米SiO₂作為上漿樹(shù)脂改性材料，制備成碳纖維功能型乳液上漿劑，但由于無(wú)機(jī)粒子其尺寸小，均勻分散存在一定的困難，因此納米SiO₂用量多少對(duì)上漿劑性能影響也有待進(jìn)一步研究。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種能長(zhǎng)時(shí)間保持優(yōu)異穩(wěn)定性，并且能在碳纖維上漿劑生產(chǎn)時(shí)使用，用以提高成品材料使用中的耐磨和潤(rùn)滑能力，同時(shí)有效防止纖維間粘結(jié)的用于碳纖維上漿劑的雙親改性納米片層二硒化鉬基助劑。該助劑具有特定范圍的溶度參數(shù)和表面張力，能有效地作為碳纖維上漿劑成分使用，明顯改善產(chǎn)品的耐磨、潤(rùn)滑和加工性能，本發(fā)明的制備方法操作簡(jiǎn)單，成本低，在實(shí)際應(yīng)用中可以通過(guò)改變助劑中組分的配比，應(yīng)用于不同種類(lèi)的上漿劑基體。

為了制備上述耐磨劑，發(fā)明人進(jìn)行了一系列深入研究，發(fā)現(xiàn)通過(guò)使用一定表面張力分量、溶度參數(shù)的溶劑和一定分子量聚丙烯酰胺-聚苯乙烯嵌段共聚物改性制備納米片層二硒化鉬分散液，并添加分散劑、硅油和高級(jí)脂肪酸，經(jīng)過(guò)分散后所得助劑可以在上漿劑的制備中得到很好的應(yīng)用。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：一種用于碳纖維上漿劑的雙親改性納米片層二硒化鉬基助劑，包括聚丙烯酰胺-聚苯乙烯嵌段共聚物改性雙親性納米片層二硒化鉬分散液、分散劑、硅油和高級(jí)脂肪酸。

以一百份質(zhì)量計(jì)，所述聚丙烯酰胺-聚苯乙烯嵌段共聚物改性雙親性納米片層二硒化鉬分散液的質(zhì)量份為2-32，所述分散劑的質(zhì)量份為1-5，所述硅油的質(zhì)量份為60-90，所述高級(jí)脂肪酸的質(zhì)量份為1-3。

所述分散劑為Solulan5、Solulan98、Solulan16，Solulan25及Solulan97中的一種或兩種以上。

所述硅油為未取代的聚二甲基硅氧烷，或被具有2-20個(gè)碳原子的烷基取代的聚二甲基硅氧烷；且25℃時(shí)，所述被具有2-20個(gè)碳原子的烷基取代的聚二甲基硅氧烷的黏度為2-100mm²/s。

所述高級(jí)脂肪酸為月桂酸、肉豆蔻酸、木質(zhì)素酸、棕櫚酸、油酸中的一種或兩種以上。

所述聚丙烯酰胺-聚苯乙烯嵌段共聚物改性雙親性納米片層二硒化鉬分散液，是由丙烯酰胺、苯乙烯和過(guò)硫酸銨加入到含有異丙醇和二硒化鉬的上層水溶液中，經(jīng)過(guò)反應(yīng)形成的，其中的二硒化鉬尺寸小于200微米，二硒化鉬在水溶液中的濃度為1-20mg/mL。

所述聚丙烯酰胺-聚苯乙烯嵌段共聚物改性雙親性納米片層二硒化鉬分散液的制備方法包括以下步驟：

1)首先配制異丙醇和水的混合液，其中異丙醇在所述混合液中的體積比例為30％-70％，再加入尺寸小于200微米的二硒化鉬，形成二硒化鉬濃度為1-20mg/mL的分散液；

2)將步驟1)所得分散液進(jìn)行超聲、靜置后，離心獲取上層分散液；