[發明專利]一種木質素基上漿劑在環氧丙烯酸酯復合材料中的應用

有效

• 申請號: 202110769728.0
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113278173B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 呼微;張晨晨;王艷淼;劉萬利;徐義全;楊明;鄭帥;劉佰軍
• 申請（專利權）人: 中科英華長春高技術有限公司
• 主分類號: C08J5/06
• 分類號: C08J5/06;C08L63/10;C08K9/04;C08K9/06;C08K7/06
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所(普通合伙) 22206
• 代理人: 李曉莉

本發明提供了一種木質素基上漿劑在環氧丙烯酸酯復合材料中的應用：將碳纖維浸漬在上漿劑中，烘干后置于真空輔助成型裝置中，經成型定性，獲得碳纖維增強環氧丙烯酸酯復合材料。其中上漿劑由如下方法步驟制備：先將環氧樹脂和臭氧化的木質素溶于有機溶劑，經加熱攪拌反應獲得木質素基環氧樹脂，再加入醇胺和羧酸加熱攪拌反應后，加入硅烷偶聯劑獲得木質素基親水型上漿劑；上漿劑有效解決了碳纖維與環氧丙烯酸酯之間粘結性差等缺陷，提高了復合材料的力學性能。本發明上漿劑以水為介質，避免了有機溶劑的使用，成本低，環境友好，穩定性好。以其對碳纖維進行預處理，使得碳纖維增強環氧丙烯酸酯復合材料的綜合性能提高顯著。

技術領域

本發明涉及高分子材料領域，尤其涉及一種木質素基親水型上漿劑在環氧丙烯酸酯復合材料中的應用。

背景技術

環氧丙烯酸酯化學性穩定，耐霉菌，工藝簡單，無需施加過高的壓力，具有良好的絕緣性，耐化學腐蝕，具有較好的耐溶劑性等優點，因此在復合材料中有廣泛的應用。但環氧丙烯酸酯耐磨性能差、耐沖擊損傷能力差、韌性差，使其在生活中的應用受到了限制。

碳纖維是一種高比模量、高比強度、密度低、耐高溫、熱膨脹系數小的優異材料，被廣泛應用于航天航空、汽車等高端領域。通過結合環氧丙烯酸酯與碳纖維的優點，可制備出高強度、輕量化的復合材料。然而，碳纖維呈現表面化學惰性，表面能低且幾乎無化學基團。碳纖維進行上漿處理及添加相容劑能很好改善其界面性能。通過結合環氧丙烯酸酯基體，基體的性能短板大大拉低了復合材料的整體性能，表現為材料脆、易老化、不耐溫、易損傷。另外材料之間結合難度很高，對于工藝的把控要求嚴格，容易出現氣孔、分層、夾雜等缺陷，在使用過程中局部沖擊過大也容易出現開裂、脫層的問題，因此一個良好的上漿劑成為了必不可少的部分。

上漿劑具有以下功能：(1)減少靜電作用，提高碳纖維的集束能力，便于后續進行編紡加工；(2)隔絕空氣、水分和灰塵，保持碳纖維表面活性；(3)填補碳纖維表面缺陷，在一定程度上對碳纖維起到輔助增強作用；(4)使碳纖維表面光滑，避免了在后續加工中的摩擦損傷，減少毛刺產生，提高碳纖維壽命，對碳纖維起到保護作用。

上漿劑可以分為溶液型上漿劑、乳液型上漿劑和親水型上漿劑。溶液型上漿劑因其需要使用大量有機溶劑，成本相對較高，而且大量溶劑的揮發對于人體健康和工作環境具有非常嚴重的危害，所以目前已較少使用。乳液型上漿劑由于需要使用大量的乳化劑，其本質也是一種表面活性劑，故使碳纖維表面容易吸附水分；并且，低分子量的表面活性劑也會影響纖維與樹脂之間的粘結性。少加或者不加乳化劑是上漿劑發展的重要方向，親水型上漿劑是傳統乳液型上漿劑的改進，通過向樹脂中引入親水性基團或將官能團離子化使其具有自乳化能力，能在水中不需要外加乳化劑就可以自乳化分散成乳液，較好的溶于水中，從而避免乳化劑的使用，而且其具有粒徑尺寸小、粒徑尺寸均勻及穩定性較高等優點。因此，親水型環保無污染的上漿劑的研究成為了未來上漿劑發展的重點。

基于以上，開發一種親水型環保高粘附性能上漿劑對碳纖維進行處理，提高碳纖維與環氧丙烯酸酯相容性，減少相容劑的使用量，同時滿足材料力學性能，已成為亟需解決的技術難題。

發明內容

為解決上述技術難題，本發明提供了一種木質素基上漿劑在環氧丙烯酸酯復合材料中的應用，它包括如下步驟：

(1)在室溫，將碳纖維布浸漬在濃度為0.5-4.5wt％木質素基親水型上漿劑水溶液中2-8min，然后將碳纖維布以1-5cm/min的速度從上漿劑水溶液中拉出，再在80-120℃烘干1-5小時后獲得上漿預處理后的碳纖維布；

(2)采用真空輔助成型工藝，將步驟(1)上漿預處理后的碳纖維布置于真空輔助成型裝置中，進行抽真空操作，利用負壓將與光引發劑和熱固化劑混合均勻的環氧丙烯酸酯注入真空輔助成型裝置，抽注0.5-1.5小時，保證環氧丙烯酸酯充分浸潤碳纖維布，保持真空置于紫外光照箱內1-10分鐘，在真空干燥烘箱70-150℃0.25-5小時后取出，獲得碳纖維增強環氧丙烯酸酯復合材料。