[發明專利]熱塑性環氧樹脂及其應用和碳纖維用表面改性劑

有效

• 申請號: 202010272364.0
• 申請日: 2020-04-09
• 公開（公告）號: CN111574719B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 晏義伍;朱敏杰;李常勝
• 申請（專利權）人: 深圳航天科技創新研究院
• 主分類號: C08G81/00
• 分類號: C08G81/00;D06M15/59;D06M15/55;D06M15/564;D06M15/507;C08K9/04;C08K7/06;C08L75/04;C08L77/00;C08L67/00;D06M101/40
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 劉方

本發明公開了一種熱塑性環氧樹脂及其應用和碳纖維用表面改性劑，該熱塑性環氧樹脂包括式(I)的結構：能夠作為表面改性劑應用于碳纖維的表面處理中，經過該熱塑性環氧樹脂處理的碳纖維與熱塑性基體樹脂具有較好的界面相容性，無需退漿處理，對碳纖維的強度損失影響小，具有較好的應用前景。

技術領域

本發明涉及碳纖維改性技術領域，尤其是涉及一種熱塑性環氧樹脂及其應用和碳纖維用表面改性劑。

背景技術

碳纖維作為一種高性能纖維，具有強度高、模量高、熱膨脹系數小、化學穩定好等特性，近年來成為樹脂基復合材料的重要增強材料。并且隨著對碳纖維材料研究的不斷深入，以及加工工藝的不斷完善，力學性能優異的碳纖維能夠實現規劃化生產，被廣泛應用于航空航天、國防工業、汽車制造、體育用品等領域。目前基底樹脂使用率最高的為熱固性樹脂，但是也存在回收難、成本高、成型周期長、韌性差等缺點。而熱塑性樹脂不僅易于成型，而且在耐熱性與機械強度方面都展現出了更大的優勢。

與熱固性樹脂相比，熱塑性樹脂粘度高，流動性差，熱塑性樹脂與碳纖維表面幾乎無化學反應，主要依靠物理擴散滲透。因此，熱塑性復合材料體系，對碳纖維表面特性提出了更高的要求。其一，要求碳纖維表面有一定的粗糙程度，提高浸潤接觸面積；其二，要求碳纖維表面與熱塑性樹脂具有一定的相容性，即表面能接近或者更高。專利文獻CN105348768A經過表面鍍金屬處理與表面熱處理，得到了抗拉強度最高為180MPa碳纖維熱塑性復合材料。CN109826013A提供了一種含有納米材料的上漿劑，提高碳纖維與熱塑性樹脂間的浸潤性。上述使用上漿劑對碳纖維進行表面改性的方法雖然能在一定程度上提高碳纖維與相應熱塑性樹脂的界面相容性，但是首先需要經過脫漿處理，不僅工藝復雜、增加成本，而且對碳纖維的力學性能損傷較大。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種熱塑性環氧樹脂及其應用和碳纖維用表面改性劑，利用該熱塑性環氧樹脂能夠提高碳纖維和熱塑性基體樹脂之間的界面相容性，不需要進行脫漿處理。

本發明所采取的技術方案是：

本發明的第一方面，提供一種熱塑性環氧樹脂，包括式(I)的結構：

其中，X選自羥基、A1、A2、A3、A4中的至少一種，A1～A4分別如下：

Y選自硫原子、氧原子或碳原子；

n1-n5為整數，且0n1≤600，0n2、n3、n4、n5≤30；

W₁～W₁₄為C1～C15的烷基。根據本發明的一些實施例，所述熱塑性環氧樹脂的數均分子量為1.0×10³～1.0×10⁵。

根據本發明的一些實施例，X為A1～A4中的至少一種時，X接枝的分子量占所述熱塑性環氧樹脂總的數均分子量的10％～50％。當X為羥基時，式(I)結構為未接枝A1～A4的熱塑性環氧樹脂B，當X選自A1～A4中的至少一種時，表示A1～A4接枝段與上述熱塑性環氧樹脂B中的活性羥基反應，形成的式(I)結構為在上述熱塑性環氧樹脂B上接枝有A1～A4接枝段的樹脂，由于并不是每一個熱塑性環氧樹脂B結構中的羥基都能被A1～A4接枝，因而形成的物質一般為混合物，在一些實施例中，A1～A4接枝段的分子量占熱塑性環氧樹脂總的數均分子量的10％～50％。

本發明的第二方面，提供上述的熱塑性環氧樹脂在處理碳纖維中的應用。

本發明的第三方面，提供一種碳纖維用表面改性劑，包括上述的熱塑性環氧樹脂。

根據本發明的一些實施例的碳纖維用表面改性劑，還包括溶劑。碳纖維用表面改性劑可以是熱塑性環氧樹脂溶解在溶劑中或者以乳液的形式分散在水中。