[發明專利]可控碳纖維表觀性能的水性乳液型碳纖維上漿劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201711216502.8
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107916572B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 歐陽新峰;劉芳;李韋;李果;楊平
• 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;D06M15/572;D06M15/333;D06M15/53;D06M15/568;D06M13/144;D06M101/40
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 劉海霞

技術領域

本發明屬于碳纖維材料制備技術領域，涉及一種可控碳纖維表觀性能的水性乳液型碳纖維上漿劑及其制備方法。

背景技術

碳纖維以其優異的性能被譽為“新材料之王”，是先進復合材料最重要的增強體之一，其拉伸強度和彈性模量是實現復合材料結構性能目標的關鍵。碳纖維復合材料具備質量輕、強度高、彈性模量高的特點，對武器裝備性能提升貢獻巨大，被廣泛用于制造航空器機體及發動機、導彈外殼等重大國防和工業領域。

碳纖維經過高溫熱處理之后微觀晶結構已經定型，決定了最終力學性能，碳纖維進一步經過表面處理、水洗工藝和干燥之后，在無張力情況下處于蓬松散亂的狀態，無法在卷繞機上收卷，更影響碳纖維在后續碳纖維應用中的工藝，所以工業上生產碳纖維，都要對經過水洗烘干后的碳纖維進行上漿處理。

上漿劑一般說來有三大作用，一是在脆性的碳纖維表面包覆一層上漿劑層，減少纖維與生產設備輥體與使用過程中設備輥體的摩擦，保護纖維；二是在碳纖維復合材料的制備過程中在碳纖維與樹脂基體之間起到橋梁作用，上漿劑相當于在碳纖維表面預包覆一層樹脂薄層，能夠起到界面傳遞作用，改善復合材料的界面性能；三是賦予碳纖維一定的表觀性能，匹配各種碳纖維使用工藝的寬度、懸垂度、耐磨性、展寬性等，給碳纖維的應用帶來重要的支持作用，極大的改善了碳纖維的工藝操作性能，也是碳纖維最終能夠順利用在碳纖維復合材料中的關鍵。

目前工業中所用上漿劑絕大部分是環氧乳液或者改性環氧乳液作為主劑，這也和目前碳纖維應用領域主要以環氧樹脂體系為基體有關。一般對于碳纖維而言，碳纖維表觀性能是依據上漿劑組成被動表現出來，很難從客戶的需求出發，主動控制碳纖維上漿劑的組分得到客戶所需表觀性能的碳纖維。主動控制碳纖維的表觀性能以適應下游客戶的需求對碳纖維企業而言尤為重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可控碳纖維表觀性能的水性乳液型碳纖維上漿劑及其制備方法。

實現本發明目的的技術方案如下：

可控碳纖維表觀性能的水性乳液型碳纖維上漿劑，按重量份數計，由以下組份組成：樹脂5～50份，乳化劑2～30份，水20～200份，復配調節劑1～20份，所述的復配調節劑包括調節劑A、調節劑B和調節劑C，其中調節劑A選自聚醚型水性聚氨酯、聚酯型水性聚氨酯和水性聚酯乳液中的一種或兩種，調節劑B選自聚乙烯醇、聚丙二醇、聚乙二醇、高級脂肪醇、硬脂醇、油酸酯和硬脂酸酯中的一種或兩種，調節劑C選自雙酚A聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚(R為C12～18)和脂肪醇聚氧乙烯(30)甲基硅烷中的一種或兩種。

所述的樹脂是環氧樹脂、酚醛改性環氧樹脂、聚酯改性環氧樹脂、聚氨酯改性環氧樹脂等通用環氧樹脂體系或改性環氧樹脂體系中的一種或一種以上，其中環氧及改性環氧樹脂要參考其環氧當量值。

所述的乳化劑為烷基酚聚氧乙烯醚、芐基酚聚氧乙烯醚、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、苯乙基酚聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、異辛基聚氧乙烯醚、十八烷醇基聚氧乙烯醚、異十三醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、失水山梨醇三硬脂酸酯、脂肪酸環氧乙烷加成物、蓖麻油環氧乙烷加成物及其衍生物、多元醇脂肪酸酯及其環氧乙烷加成物等通用型乳化劑的一種或一種以上。

調節劑A可控纖維懸垂度和寬度。調節劑A份數越高，碳纖維懸垂度和寬度越大，懸垂度可以控制在2-23cm范圍內，寬度可以控制在3-9mm范圍內。

調節劑B可控耐磨性能。調節劑B份數越高，碳纖維耐磨性能越強，耐磨性等級可以控制在A--～A+++(好)范圍內。

調節劑C可控纖維展寬性能。調節劑C份數越高，碳纖維展寬性能越強，展寬性可以控制在1.0～3.0范圍內。

調節劑A、B和C相互不影響。

上述可控碳纖維表觀性能的水性乳液型碳纖維上漿劑的制備方法，具體步驟如下：

按照重量配比將樹脂5～50份，逐步加入乳化劑2～30份高速攪拌分散，同時逐步添加去離子水20～200份，按照相反轉法制備得到穩定性均勻的水性樹脂乳液，按照重量比加入復配調節劑1～20份，其中復配調節劑由調節劑A、調節劑B和調節劑C組成，其比例依據所需表觀性能進行確定，充分攪拌均勻后得到上漿劑。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：