[發明專利]一種碳納米管改性的乳液上漿劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410338906.4
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN104120605A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 王榮國;劉文博;王杰;楊帆;矯維成;徐忠海
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: D06M15/53
• 分類號: D06M15/53;D06M11/74;C09C1/44;C09C3/06;C09C3/08;C09C3/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種乳液上漿劑及其制備方法和應用。

背景技術

碳纖維具有比重小、高強度、高模量、耐高溫、抗疲勞等一系列優點，廣泛應用在航空航天、土木建筑、電子產品、體育休閑用品等領域。但是，碳纖維非常脆，在生產和加工過程中，在摩擦的作用下很容易產生毛絲和單絲斷裂，于是降低了碳纖維的強度。同時，毛絲阻礙樹脂充分浸潤纖維，使得在復合材料制備過程中容易產生孔隙，從而降低了復合材料的力學性能。然而利用上漿劑上漿碳纖維，形成一層保護膜，不僅可減少加工過程中的磨損、避免形成毛絲，還可以保護經表面處理后的潔凈活性表面，防止空氣中灰塵和水分的吸附。除此之外，上漿劑還可以增加纖維與樹脂的浸潤性，進而提高復合材料的界面性能。上漿劑作為復合材料的界面過渡層，能有效地使載荷通過界面傳遞到纖維上，抑制了裂紋在界面處產生，使纖維與樹脂作用力增強。因此，必須對碳纖維進行上漿處理。

碳纖維上漿劑可分為三類：有機溶劑型、水溶型和水基乳液型上漿劑。上漿劑中主漿料為樹脂，制備上漿劑的樹脂種類繁多，主要有乙烯醇、聚丙烯酸、環氧樹脂、聚氨酯樹脂、有機硅改性酚醛樹脂、聚酰亞胺、聚酰亞胺等。有機溶劑型上漿劑需要消耗大量的有機溶劑，價格較高且易對環境造成污染。而水基乳液型上漿劑是一種“水包油”結構的水基乳液，粒徑分布均與、穩定性高。同時，乳液法中的表面活性劑和助劑能提高樹脂與纖維的潤濕性。

發明內容

本發明的目的是要解決現有上漿劑價格昂貴，對環境造成污染，利用其處理碳纖維后，復合材料界面剪切強度不高的問題，而提供一種碳納米管改性的乳液上漿劑及其制備方法和應用。

一種碳納米管改性的乳液上漿劑按重量份數由0.001份～2份改性碳納米管、50份～55份環氧樹脂乳液體系、0.001份～1份表面活性劑和45份～50份去離子水制備而成。

一種碳納米管改性的乳液上漿劑的制備方法，具體是按以下步驟完成的：

一、環氧樹脂乳液體系的制備：在攪拌速度為1000rpm～12000rpm及溫度為65℃～85℃下，將環氧樹脂與環氧乳化劑攪拌混合均勻并滴加去離子水，至體系粘度下降，在攪拌速度為1000rpm～12000rpm下，繼續攪拌10min～100min，然后在攪拌速度為300rpm～3000rpm下，再加入去離子水，至體系固含量為0.5％～4％，得到環氧乳液，再向環氧乳液中加入環氧固化劑，在攪拌速度為300rpm～3000rpm下，攪拌10min～60min，得到環氧樹脂乳液體系；

所述的環氧樹脂與環氧乳化劑的質量比為1:(0.05～0.2)；所述的環氧樹脂與環氧固化劑的質量比為1000:(1～10)；

所述的環氧樹脂為4,5-環氧環己烷-1,2-二甲酸二縮水甘油酯、雙酚A型環氧樹脂E-51、雙酚A型環氧樹脂E-44、雙酚A型環氧樹脂E-42、雙酚A型環氧樹脂E-35、雙酚A型環氧樹脂E-20、雙酚F型環氧樹脂或酚醛環氧樹脂；

所述的環氧乳化劑為聚氧乙烯多環苯基醚硫酸鹽714-SF、聚氧乙烯多環苯基醚硫酸鹽707-SF、聚氧乙烯多環苯基醚硫酸鹽2607-SF、聚氧乙烯異丙苯基苯基醚CMP-6、聚氧乙烯異丙苯基苯基醚CMP-8、聚氧乙烯異丙苯基苯基醚CMP-11、失水山梨醇硬脂酸酯、脫水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐三油酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐單月桂酸酯、膽酸鈉、碳納米管分散劑TNWDIS、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、Triton?X-100、Triton?X-102、Triton?X-305、聚氧乙烯壬基苯醚、聚乙二醇十六烷基醚、十六烷基三甲基甲苯磺酸銨、十六烷基三甲基溴化銨、聚氧乙烯銨鹽、季銨鹽、咪唑啉、蓖麻油聚氧乙烯醚和聚醚醇中的一種或其中幾種的混合物；

所述的環氧固化劑為端氨基聚丙二醇D230、端氨基聚丙二醇D400、脂肪二胺、芳香二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和AB-HGF中的一種或其中幾種的混合物；

二、混合：在功率為600W～800W及頻率為40kHz～120kHz下，按重量份數將0.001份～2份改性碳納米管和0.001份～1份表面活性劑加入到45份～50份去離子水中，超聲破碎0.1h～1h，得到分散液，然后在功率為200W～400W及頻率為10kHz～30kHz下，將分散液與50份～55份環氧樹脂乳液體系混合并超聲0.1h～2h，即得到碳納米管改性的乳液上漿劑；

步驟二中所述的改性碳納米管為羧基化碳納米管、胺化碳納米管或羥基化碳納米管；

其中，所述的羧基化碳納米管的制備方法是按以下步驟完成的：