[發(fā)明專利]一種聚醚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料用碳纖維及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711025006.4
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN109722745B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 季春曉;黃翔宇;曹阿民;劉瑞超;袁玉紅;翁麗萍;許璐璐;馬艷麗
• 申請（專利權(quán)）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: D01F11/14
• 分類號: D01F11/14;D01F11/16;D01F9/22
• 代理公司: 上海精晟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 馮子玲

本發(fā)明公開了一種聚醚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料用碳纖維及其制備方法，本發(fā)明的制備過程包括依次聚合、紡絲、預(yù)氧化、低溫碳化、高溫碳化、表面處理、水洗、上漿前干燥、上漿、上漿后干燥和卷繞收絲的生產(chǎn)工序；其中：上漿時采用聚醚酰亞胺基懸浮液上漿劑；所述聚醚酰亞胺基懸浮液上漿劑由聚醚酰亞胺樹脂粉末、聚丙烯酸鈉、烷基酚聚氧乙烯醚和去離子水組成；按照固體組分的總質(zhì)量為100％，聚醚酰亞胺粉末占65～75wt％，聚丙烯酸鈉占12～17wt％，烷基酚聚氧乙烯醚占13～18wt％。本發(fā)明所制備的碳纖維適用于制備聚醚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料，所制備的復(fù)合材料耐溫性和界面結(jié)合能力優(yōu)異，加工工藝性能良好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳纖維制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種聚醚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料用碳纖維及其制備方法。

背景技術(shù)

碳纖維是一種具有高強度和高模量的無機纖維，通常用作復(fù)合材料增強相，與基體樹脂復(fù)合形成具有綜合性能的新材料。聚醚酰亞胺是由規(guī)則交替重復(fù)的醚和酰亞胺環(huán)構(gòu)成一種高性能特種工程樹脂，其產(chǎn)品具有優(yōu)異的機械性能、耐高溫及尺寸穩(wěn)定性，可采用大多數(shù)型式的標(biāo)準(zhǔn)注塑和擠塑設(shè)備加工，可廣泛應(yīng)用于耐高溫電子電氣、工業(yè)設(shè)備等高端制造領(lǐng)域。

兩相界面性能是制備復(fù)合材料的關(guān)鍵技術(shù)，同時受到碳纖維和基體樹脂兩方面的綜合影響。碳纖維因表面惰性及加工要求，通常在表面涂覆一層高分子樹脂基上漿劑，以改善表面和工藝性能。目前常用上漿劑為環(huán)氧樹脂體系乳液上漿劑，其主要存在的問題是，在長期儲存過程中或高溫加工工藝條件下，環(huán)氧樹脂容易開環(huán)聚合導(dǎo)致上漿碳纖維老化變硬，增加了高粘度熱塑性聚醚酰亞胺樹脂向碳纖維內(nèi)部鋪展浸潤的難度，使所制備的復(fù)材均勻性差，疵點孔洞增加，纖維和基體樹脂間的結(jié)合力變?nèi)酰瑥?fù)材整體性能受損。采用合理的碳纖維氧化碳化技術(shù)、上漿劑組分及上漿工藝等綜合技術(shù)，形成一種和聚醚酰亞胺樹脂具有良好的加工性能及界面結(jié)合能力的碳纖維具有重要的工業(yè)價值。

中國專利201310041652.5公開了一種乳液型碳纖維用上漿劑，該上漿劑是由2-40％的環(huán)氧樹脂、1-20％的改性劑、0-96.5％的水和0.5-15％的表面活性劑制備得到。該發(fā)明采用向傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂體系上漿劑添加和聚酰胺、聚酰亞胺或聚醚酰亞胺樹脂具有類似結(jié)構(gòu)的改性劑的方法，改善上漿后碳纖維與上述樹脂的界面結(jié)合力。但該類上漿劑主體仍為環(huán)氧樹脂，未能解決上述高溫或儲存過程中存在的各種問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決目前碳纖維增強聚醚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料工業(yè)應(yīng)用中出現(xiàn)的各種問題，本發(fā)明提出一種適用于聚醚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的碳纖維及其制備方法。該方法包括聚合、紡絲、預(yù)氧化、低溫碳化、高溫碳化、表面處理、水洗、上漿前干燥、上漿、上漿后干燥、卷繞收絲生產(chǎn)工序。本發(fā)明在上漿工藝中引入了以聚醚酰亞胺樹脂粉末為主體、以聚丙烯酸鈉為主分散劑、以烷基酚聚氧乙烯醚為穩(wěn)定助劑、采用物理攪拌混合方法制備的新型懸浮液類碳纖維上漿劑，解決了聚醚酰亞胺基體樹脂浸漬不良和纖維老化變硬等問題。在上漿工藝中引入上漿前紅外輻射加熱工藝，在上漿后干燥工序中引入臥式熱風(fēng)烘干箱烘干工藝，解決了聚醚酰亞胺樹脂懸浮液上漿劑在碳纖維表面鋪展的均勻性和纖維烘干等問題。

采用本發(fā)明所述方法制備的碳纖維表面涂覆由聚醚酰亞胺樹脂為主體制備的上漿劑，不含環(huán)氧樹脂或其他樹脂組分，適用于制備聚醚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料。所制備的碳纖維可根據(jù)后續(xù)加工需要調(diào)整上漿量和收絲幅寬，減少后道加工應(yīng)用的材料用量和加工難度，碳纖維預(yù)浸料、織物等產(chǎn)品的均勻性和穩(wěn)定性好。所制備的復(fù)合材料耐溫性和界面結(jié)合能力優(yōu)異，加工工藝性能良好。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體介紹如下。