[發明專利]一種碳纖維環氧樹脂預浸料界面超支化聚酰胺偶聯方法

在審

• 申請號: 201810673964.0
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN108976388A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 崔舉慶;夏琪;吉玉杰;許亮亮;施春燕;王毓彤;韓書廣;賈翀
• 申請（專利權）人: 南京林業大學;南京外國語學校
• 主分類號: C08G59/44
• 分類號: C08G59/44;C08G69/26;C08K7/06
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 薛海霞;董建林

本發明公開了一種碳纖維環氧樹脂預浸料界面超支化聚酰胺偶聯方法。該方法首先通過氧化性酸或鹽處理碳纖維，使其表面產生大量的羧酸基團，然后利用碳纖維表面的羧基參與酸酐與多胺制備超支化聚酰胺的縮聚反應，獲得碳纖維原位接枝的超支化聚酰胺，進一步利用超支化聚酰胺分子末端豐富的胺基參與環氧樹脂的固化，實現環氧樹脂與碳纖維的偶聯。碳纖維接枝超支化聚酰胺一方面提高了環氧樹脂的浸潤性，另一方面提高了界面化學反應，顯著提高了碳纖維環氧樹脂復合材料的耐高溫和力學性能。

技術領域

本發明涉及一種碳纖維環氧樹脂預浸料界面偶聯方法，屬于碳纖維環氧樹脂預浸料界面處理領域。

背景技術

聚碳纖維（carbon fiber）不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。碳纖維復合材料由于其優良的物理性能在航空航天、建筑、汽車工業等領域得到了廣泛的使用和發展。預浸料是用樹脂膠液浸漬單向纖維或織物制成的樹脂基體與增強體的結合物。碳纖維預浸料通常由碳纖維紗、環氧樹脂、離型紙等材料，經過涂膜、熱壓、冷卻、覆膜、卷取等工藝加工而成的復合材料，是制備碳纖維環氧樹脂復合材料的中間產物，其質量的均勻性和穩定性，是保證復合材料及其制件質量和可靠性的重要環節，直接影響碳纖維環氧樹脂復合材料的耐熱和力學性能。在過去很長一段時間，預浸料由于其成本高未得到大量生產和發展，我國在碳纖維環氧樹脂預浸料的生產和研發都處于較低水平，主要由于預浸料的浸潤性和界面偶聯性能不夠理想，直接影響其固化后的耐高溫性能和強度。目前碳纖維表面改性技術方法存在明顯的不足，針對性不強而且效果不顯著。

發明內容

為了克服現有技術中的不足之處，本發明提供一種碳纖維環氧樹脂預浸料界面超支化聚酰胺偶聯方法，涉及碳纖維原位接枝具有高度獨特的支化結構和末端官能團的超支化聚酰胺，一方面提高了環氧樹脂的浸潤性，另一方面提高了界面化學反應，顯著提高了環氧樹脂復合材料的耐高溫和力學性能。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為：一種碳纖維環氧樹脂預浸料界面超支化聚酰胺偶聯方法，其特征在于：利用超支化聚酰胺為環氧樹脂與碳纖維之間的界面偶聯媒介，包括碳纖維氧化的步驟、碳纖維原位接枝超支化聚酰胺的步驟、除去碳纖維表面未接枝超支化聚酰胺的步驟、環氧樹脂浸漬處理的步驟。

所述的碳纖維為單向碳纖維或碳纖維織物，包括各種結構的碳纖維織物等。碳纖維氧化的步驟中，單向碳纖維或碳纖維織物的表面采用氧化性酸或鹽處理，使得單向碳纖維或碳纖維織物的表面具有足量的羧酸基團，羧酸基團與氨基反應形成酰胺基；所述的氧化性酸或鹽為濃硝酸、濃硫酸、高錳酸鉀的一種或幾種。

碳纖維原位接枝超支化聚酰胺的步驟中，采用酸酐，酸酐為丁二酸酐，鄰苯二甲酸酐或兩者的混合物。碳纖維原位接枝超支化聚酰胺的步驟中，采用多胺，用于形成超支化聚酰胺的所述的多胺為胺官能團數量不小于3的低分子化合物或其混合物。優選地，所述的多胺為二乙烯三胺、多乙烯多胺的一種或兩種。

碳纖維原位接枝超支化聚酰胺的步驟中，取一定量多胺，緩慢加入一定量的酸酐，均勻攪拌，將多胺和酸酐的混合物均勻的涂布到氧化后的單向碳纖維或碳纖維織物表面，升溫到120-140攝氏度，保溫2-4小時（優選3小時）進行反應而得到反應物，降溫至70-90攝氏度。

除去碳纖維表面未接枝超支化聚酰胺的步驟如下：待所述的反應物降溫到70-90攝氏度，在70-90攝氏度熱水中浸泡1-2min時間，用水反復洗滌，干燥，備用。

環氧樹脂浸漬處理的步驟中，環氧樹脂的質量濃度為30%-40%（優選為35%，環氧樹脂溶液中，環氧樹脂占環氧樹脂溶液的質量比為30-40%），環氧樹脂溶液中加入固化劑混合均勻形成環氧樹脂和固化劑的混合溶液，將一定尺寸的碳纖維束或織物浸入環氧樹脂和固化劑的混合溶液一定時間,然后擠掉表面的樹脂，干燥；其中固化劑與環氧樹脂的活潑氫和環氧基當量比為1-1.1:1。