[發(fā)明專利]一種碳纖維上漿劑及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911375205.7
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111005229B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳宗良;靳普
• 申請（專利權(quán)）人: 鴻羽騰風材料科技有限公司;至玥騰風科技集團有限公司;靳普
• 主分類號: D06M15/55
• 分類號: D06M15/55;D06M13/224;C08J5/06;D06M101/40
• 代理公司: 北京嘉途睿知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11793
• 代理人: 李鵬

本發(fā)明公開了一種碳纖維上漿劑，是由以下原料制成的：水性雙酚A環(huán)氧樹脂，聚醚醇，不飽和酸和水，其中，水性雙酚A環(huán)氧樹脂、聚醚醇、不飽和酸三者的重量比為1:0.5～5：0.4～5。所述聚醚醇選自三聚甲醚二甲醇；所述不飽和酸選自丙烯酸。本發(fā)明還公開了碳纖維上漿劑的三種制備方法。本發(fā)明還公開了碳纖維上漿劑在制備碳纖維、碳纖維復(fù)合材料中的應(yīng)用，及制備得到的碳纖維、碳纖維復(fù)合材料。經(jīng)本發(fā)明的上漿劑處理的碳纖維，能夠被聚酯類樹脂所浸潤，可以使碳纖維獲得類似玻璃纖維的工藝性，從而可極大減少碳纖維復(fù)合材料的成型時間，降低碳纖維復(fù)合材料成型設(shè)備的固定資產(chǎn)投入，實現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料的低成本和快速成型。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳纖維上漿劑及其制備方法，屬于碳纖維及碳纖維復(fù)合材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

樹脂基復(fù)合材料是以有機聚合物為基體的纖維增強材料，通常使用玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維或芳綸等纖維增強體。樹脂基復(fù)合材料在航空、汽車、海洋工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。纖維增強樹脂基復(fù)合材料常用的樹脂為環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯樹脂，常用的有：熱固性樹脂、熱塑性樹脂，以及各種各樣改性或共混基體。纖維增強樹脂基復(fù)合材料的成型過程為：樹脂先浸潤纖維，浸潤纖維后樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)固化，固化后得到復(fù)合材料。在復(fù)合材料的成型過程中，當纖維表面的活化能大于樹脂表面的活化能時，樹脂浸潤纖維的過程才能實現(xiàn)。碳纖維表面的活化能約為70mJ/㎡,環(huán)氧樹脂約為43mJ/㎡，聚酯類樹脂約為35mJ/㎡。作為對比，玻璃纖維的表面活化能約為560mJ/㎡。因此玻璃纖維能被絕大多數(shù)的樹脂浸潤，在樹脂固化后成為復(fù)合材料。而碳纖維由于表面活化能低，通常只能依靠碳纖維表面在等離子氧化過程中發(fā)生氧化產(chǎn)生的含氧基團，和環(huán)氧樹脂中的含氧官能團進行親和，從而被環(huán)氧樹脂所浸潤。

纖維在應(yīng)用于復(fù)合材料成型時，表面還需用樹脂做上漿處理，才能確保樹脂基體和纖維完全結(jié)合，例如：樹脂基體是環(huán)氧樹脂的，需用環(huán)氧樹脂做上漿處理；樹脂基體是聚酯樹脂的，需用聚酯樹脂做上漿處理。根據(jù)上述的介紹，玻璃纖維可以使用各種樹脂作為上漿劑，進行上漿處理后，能夠被各種樹脂浸潤，在樹脂固化后成為復(fù)合材料。而碳纖維由于表面只與環(huán)氧樹脂的浸潤性好，因此通常使用環(huán)氧樹脂作為上漿劑，從而只能被環(huán)氧樹脂浸潤，在環(huán)氧樹脂固化后成為復(fù)合材料。

樹脂在固化過程中，隨著溫度的升高，樹脂粘度降低，當樹脂粘度降低至100mpa·s以下時，樹脂才有充足的流動性占據(jù)成型模具，并能夠完全浸潤纖維。對聚酯類樹脂而言，一般溫度在50-70℃時，粘度就可以下降至100mpa·s以下，而聚酯類樹脂的完全固化溫度一般在120℃左右，因此在應(yīng)用聚酯類樹脂進行復(fù)合材料成型時，可以在90℃左右裝料合模，然后以10℃/min的速率直接加熱到120℃，再在120℃下保持3分鐘左右就可以完成成型過程，整個成型過程總用時約為6分鐘。而對環(huán)氧樹脂而言，一般溫度在100-110℃時，粘度才能下降至100mpa·s以下，完全固化溫度一般在130℃左右。而環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，在此溫度下環(huán)氧樹脂的固化已經(jīng)開始，同時放熱使得反應(yīng)體系溫度快速上升，容易發(fā)生爆聚。為避免爆聚，需先在80℃左右加入環(huán)氧樹脂，然后靜置約30分鐘等待環(huán)氧樹脂流動填充模具，再以1℃/min的速率將溫度加熱到90℃，再靜置30分鐘等待凝膠，拉絲確認凝膠后再將溫度以2℃/min的速率加熱到130℃，在130℃下保持50分鐘以上，從而完成成型過程，整個成型過程用時超過120分鐘，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高昂。

在碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于汽車零部件時，環(huán)氧樹脂基體的碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)效率無法滿足汽車生產(chǎn)的需要，過高的生產(chǎn)成本也讓汽車廠家無法承受。因此急需一種能夠提高碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的碳纖維及碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)方法來真正實現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料在汽車上的大規(guī)模應(yīng)用。