[發(fā)明專利]一種碳纖維用水性改性樹脂上漿劑及其制備和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110906044.0
• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113699796B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設計）人: 孫玉明
• 申請（專利權）人: 江蘇康愛特環(huán)境工程集團有限公司
• 主分類號: D06M15/55
• 分類號: D06M15/55;D06M15/53;D06M15/233;D06M15/59;C08G81/00;C08G81/02;D06M101/40
• 代理公司: 北京高航知識產(chǎn)權代理有限公司 11530
• 代理人: 喬浩剛

本發(fā)明提供一種碳纖維用水性改性樹脂上漿劑，屬于碳纖維制備技術領域，按重量份數(shù)計，所述上漿劑包括有如下的組分組成：水性環(huán)氧樹脂10?25份、自乳化水性改性樹脂5?15份、水溶性環(huán)氧樹脂固化劑2?8份、去離子水50?100份、助劑1?3份；所述自乳化水性改性樹脂包括聚苯乙烯?聚氧乙烯嵌段改性的環(huán)氧樹脂；本發(fā)明以聚苯乙烯?聚氧乙烯嵌段改性修飾環(huán)氧樹脂，賦予環(huán)氧樹脂自乳化性能，提高乳化穩(wěn)定性，同時達到保護碳纖維表面及增強碳纖維和與樹脂基體的粘結強度的目的，能充分發(fā)揮碳纖維的優(yōu)異性能。

技術領域

本發(fā)明涉及碳纖維材料制備技術領域，具體涉及一種碳纖維用水性改性樹脂上漿劑及其制備和應用。

背景技術

碳纖維是脆性材料，在生產(chǎn)及加工過程中，經(jīng)機械摩擦容易產(chǎn)生起毛及單絲斷裂等現(xiàn)象。毛絲的存在會使基體不能充分浸潤碳纖維，從而在復合材料中易產(chǎn)生孔隙，影響復合材料的力學性能，因而通常需要對碳纖維上漿。上漿就是在表面處理過的碳纖維表面上涂一層保護膠，它能使纖維集束，改善深加工性能，減少纖維間的摩擦，提高其與基體之間的連接。

在碳纖維增強樹脂基復合材料(CFRP)中，增強碳纖維與基體樹脂之間的真實界面是以上漿劑為主體形成的界面層，上漿劑作為碳纖維與基體樹脂之間的真實界面，連接碳纖維與樹脂基體，使兩者形成一個承載外力的整體，實現(xiàn)碳纖維與基體樹脂在界面區(qū)間的有效黏結，對載荷的有效傳遞起了關鍵性的作用。

根據(jù)上漿劑使用的溶劑類型劃分，可分為溶劑型上漿劑和乳液型上漿劑兩大類。溶劑型上漿劑是將有機樹脂如聚乙烯醇、醋酸乙烯酯聚合物、丙烯酸的聚合物、聚氨酯、環(huán)氧樹脂等直接溶解在丙酮、丁酮等有機溶劑中配制而成的，操作工藝較為簡單。然而，在上漿過程中溶劑較易揮發(fā)使樹脂殘留在導輥上，當后續(xù)纖維通過時會造成更大的損傷；另外從安全、經(jīng)濟、環(huán)保的角度考慮，使用大量高度易燃、易爆的揮發(fā)性有機化合物，不僅對生產(chǎn)設備和人體的安全構成了很大的威脅，而且會造成資源的浪費、環(huán)境的污染，目前該類上漿劑國外已極少使用。乳液型上漿劑是以樹脂為主體，配以一定量的乳化劑、少量集束劑、潤滑劑以及其他助劑制備而成的乳液。它一般不易在導絲輥上殘留樹脂，又無揮發(fā)性有機化合物污染環(huán)境，而且乳液中的表面活性劑可以大大提高碳纖維表面的被潤濕性，達到提高復合材料層間剪切強度的目的，目前該類型的上漿劑為應用的主流產(chǎn)品。

乳液型上漿劑常采用外乳化的方法，通過添加各種乳化劑，將溶劑型環(huán)氧樹脂分散于水中制備而成，其儲存穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有乳化型上漿劑儲存穩(wěn)定性較差的問題，本發(fā)明提供一種碳纖維用水性改性樹脂上漿劑及其制備和應用。

本發(fā)明的目的采用以下技術方案來實現(xiàn)：

一種碳纖維用水性改性樹脂上漿劑，按重量份數(shù)計，包括有如下的組分組成：

水性環(huán)氧樹脂10-25份、自乳化水性改性樹脂5-15份、水溶性環(huán)氧樹脂固化劑2-8份、去離子水50-100份、助劑1-3份；

所述自乳化水性改性樹脂包括聚苯乙烯-聚氧乙烯嵌段改性的環(huán)氧樹脂。

優(yōu)選的，所述聚苯乙烯-聚氧乙烯嵌段改性的環(huán)氧樹脂的制備方法包括以下步驟：

S1、稱取單甲氧基聚氧乙烯醚并溶解在二氯甲烷中，得到濃度在0.2-0.3g/ml的單甲氧基聚氧乙烯醚溶液，在冰水浴和攪拌條件下，緩慢加入三乙胺混勻，待體系溫度穩(wěn)定后，邊攪拌邊滴加2-溴異丁酰溴，保持冰水浴攪拌反應6-12h，濾除沉淀，將濾液減壓濃縮，濃縮比為(3-4)：1，加入冷的乙醚溶液，充分攪拌至沒有沉淀再析出，得到懸液，將所述懸液置于冰水浴中并靜置過夜后，分離沉淀，沉淀以冷的乙醚溶液洗滌，真空干燥，得到產(chǎn)物A；

其中，所述二氯甲烷與所述三乙胺、所述2-溴異丁酰溴的體積比例為100：(5-6)：(3-3.5)；