[發明專利]一種丙烯酰胺類水溶液接枝改性碳纖維表面上漿劑的方法

有效

• 申請號: 201710056932.1
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106811966B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 劉文博;王榮國;焦衛衛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: D06M13/41
• 分類號: D06M13/41;C08L63/10;C08K9/04;C08K7/06;D06M101/40
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

一種丙烯酰胺類水溶液接枝改性碳纖維表面上漿劑的方法，涉及一種碳纖維表面上漿劑改性的方法。本發明是為了解決目前的碳纖維增強乙烯基酯樹脂或不飽和聚酯樹脂復合材料的界面結合強度低的技術問題。本發明：一、配置丙烯酰胺類改性劑水溶液；二、碳纖維表面改性。本發明方法簡單易行，直接在碳纖維表面上漿劑上進行化學接枝，不會損害碳纖維本身的強度，改性后的上漿劑還可以起到保護碳纖維的作用。改性后的碳纖維/不飽和樹脂界面剪切強度及其復合材料的各項力學性能都得到明顯的提高。

技術領域

本發明涉及一種碳纖維表面上漿劑改性的方法。

背景技術

乙烯基酯樹脂(VE)是通過環氧樹脂與不飽和小分子反應而得到的一種熱固性樹脂。乙烯基酯樹脂既保留了環氧樹脂的基本鏈段，秉承了環氧樹脂的優良特性，又在分子鏈中引入了不飽和雙鍵，具有不飽和聚酯樹脂的良好工藝性能。所以乙烯基酯樹脂在力學性能、耐高溫性能、耐化學腐蝕性能以及固化性能、成型性能和加工性能方面均有出色的表現，在汽車、體育、醫療衛生等領域都得到了廣泛的應用。乙烯基酯樹脂的固化機理與不飽和聚酯樹脂相同，是樹脂分子中的雙鍵與稀釋劑苯乙烯的雙鍵間的交聯成型，固化時間短，成型周期短，能夠滿足復合材料汽車零部件等產品批量生產的需求。

上漿是碳纖維制備過程中必備的一道工序，其目的是在碳纖維與基體樹脂之間引入聚合物過渡中間層，即涂覆一層聚合物保護膠。在提高碳纖維與樹脂浸潤性的同時還可以起到保護纖維的作用。目前，碳纖維表面的上漿劑多為環氧型上漿劑，其與乙烯基酯樹脂或不飽和聚酯樹脂的分子結構不同，因此固化機理也不同。環氧樹脂通過環氧基團的開環交聯。這就導致了碳纖維增強乙烯基酯樹脂或不飽和聚酯樹脂復合材料的界面缺乏化學鍵的連接，使得界面成為碳纖維增強乙烯基酯樹脂復合材料的薄弱環節。

碳纖維增強樹脂基復合材料的界面是指圍繞增強纖維的三維區域，有著不同于樹脂基體和纖維的特殊屬性，是復合材料的第三相。雖然界面相在纖維增強樹脂基復合材料中的質量分數不足1％，但對復合材料的性能起著至關重要的作用。在受到外力作用時，除增強纖維和基體受力外，界面亦起著極其重要的作用，只有通過界面進行應力傳遞，才能使纖維和基體應力均衡分布，因此界面性質和狀態直接影響復合材料的綜合力學性能和熱性能。基體與增強體之間相互作用不足或過量都是不利的，相互作用不足不能得到良好的結合強度；過量則會導致界面脆性，損傷纖維，降低復合材料強度和沖擊韌性。因此，界面設計研究成為碳纖維增強乙烯基酯樹脂或不飽和聚酯樹脂復合材料設計研究的重要組成部分，國內外對此技術還鮮有報道。

發明內容

本發明是為了解決目前的碳纖維增強乙烯基酯樹脂或不飽和聚酯樹脂復合材料的界面結合強度低的技術問題，而提供一種丙烯酰胺類水溶液接枝改性碳纖維表面上漿劑的方法。

本發明的一種丙烯酰胺類水溶液接枝改性碳纖維表面上漿劑的方法是按以下步驟進行的：

一、配置改性劑溶液：將改性劑溶于水中，得到改性劑溶液；所述的改性劑溶液的質量濃度是0.1％～5.0％；所述的改性劑為分子結構中同時含有氨基和不飽和雙鍵的丙烯酰胺類有機小分子；

二、碳纖維表面改性：將步驟一制備的改性劑溶液加熱升溫至50℃～100℃，用50℃～100℃的改性劑溶液對碳纖維進行表面改性，用水沖洗表面處理后的碳纖維，在溫度為60℃～100℃的條件下干燥2h～6h，得到表面上漿劑化學接枝改性后的碳纖維；所述的碳纖維為具有環氧型上漿劑的單向碳纖維、具有環氧型上漿劑的碳纖維織布、具有環氧型上漿劑的纖維氈或具有環氧型上漿劑的短切碳纖維。

本發明的改性劑與碳纖維表面的上漿劑化學接枝的原理是改性劑中的酰胺基團與上漿劑中的環氧基團發生化學反應，從而在碳纖維表面引入不飽和雙鍵，該不飽和雙鍵可以在乙烯基酯樹脂或不飽和聚酯樹脂分子鏈中的雙鍵在固化過程中發生化學交聯，從而在碳纖維與樹脂基體間形成化學鍵連接，明顯提高復合材料的界面結合強度。