[發明專利]一種碳纖維用耐高溫水溶性的熱塑性上漿劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210712302.6
• 申請日: 2022-06-22
• 公開（公告）號: CN114960206A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 錢鑫;王清清;王飄飄;王雪飛;金璐;張永剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: D06M15/53
• 分類號: D06M15/53;C08G65/48;C08L71/10;C08K9/04;C08K7/06;C08J5/06
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 何秋霞;胡紅娟

本發明公開一種碳纖維用耐高溫水溶性的熱塑性上漿劑及其制備方法和應用，熱塑性上漿劑原料組分按照質量分數包括熱塑性樹脂1.0％?2.0％，有機溶劑3.5％?7.5％，鹽化溶劑0.3％?0.7％，水89.8％?95.2％；所所述熱塑性樹脂經鹽化溶劑鹽化反應后具有如下結構，所述鹽化溶劑包括N,N?二甲基乙醇胺、N?甲基乙醇胺、N,N?二乙基乙醇胺、N?甲基二乙醇胺或三乙胺的任意一種。該上漿劑耐熱性極好，在440℃高溫下質量損失僅為5％，制備過程中顯著降低有機溶劑的使用量，且為水溶性上漿劑并兼具長期穩定性，在對碳纖維進行上漿后，可顯著提高碳纖維與聚芳醚酮系列樹脂的界面結合性能。

技術領域

本發明涉及碳纖維助劑技術領域，具體涉及一種碳纖維用耐高溫水溶性的熱塑性上漿劑及其制備方法和應用。

背景技術

熱塑性樹脂基復合材料具有高韌性、高抗沖擊、高損傷、低容限等一系列優異的性能。在使用碳纖維對熱塑性樹脂基體進行增強時，復合材料性能不但取決于碳纖維和樹脂基體兩相組分，而且與兩者間的界面結構息息相關。碳纖維與基體樹脂之間的界面是以上漿劑為主體形成的過渡層，通過上漿劑碳纖維與樹脂連接較弱時，在外力作用下界面層不能有效傳遞載荷，導致復合材料界面破壞，碳纖維無法發揮增強作用；反之，如果界面產生強連接，就會大大提高復合材料承受外力能力，因此上漿劑的重要作用不言而喻。

目前市場上大多數商業化上漿劑仍然以熱固性環氧型上漿劑為主，存在與熱塑性樹脂基體不匹配、耐熱性差等問題，尤其是高性能熱塑性聚芳醚酮PAEK系列樹脂(如聚醚醚酮PEEK，聚醚酮酮PEKK，聚醚酮PEK，聚醚醚酮酮PEEKK等)成型溫度300℃以上，傳統熱固性上漿劑在加工過程中會發生降解，進而影響最終熱塑性樹脂基復合材料的性能。

針對以聚芳醚酮系列樹脂為基體的復合材料，國內已研發了幾款與之匹配的熱塑性上漿劑，如專利CN113403849A公開了一種耐高溫碳纖維熱塑性上漿劑的制備方法，首先制備磺化PEEK，然后將磺化PEEK溶于NMP中得到穩定的NMP上漿劑溶液，最后加入羧基化碳納米管攪拌，該發明制備工藝簡單，上漿效果好，但制備得到的上漿劑屬于溶液型上漿劑，大量使用了有機溶劑，成本相對較高，且在規模化應用中有機溶劑揮發會對人體健康和工作環境造成嚴重的危害；此外，經磺化處理的PEEK耐高溫性能顯著下降，在400℃前就發生了明顯質量損失，致使上漿劑的耐高溫性較差。

專利CN109826013A公開了一種納米材料增強的耐高溫型碳纖維熱塑性上漿劑及其制備方法和應用，其上漿劑采用納米增強的耐高溫型碳纖維熱塑性上漿劑，雖然上漿劑初始熱分解溫度高達510℃，但在上漿劑制備過程中同樣使用了大量的有機溶劑。

專利CN 113563577 A公開了一種酚酞啉改性聚芳醚酮水性上漿劑及其制備方法和應用，將酚酞啉改性的聚芳醚酮、表面活性劑、流平劑、潤滑劑、消泡劑、粘合劑、抗靜電劑、去離子水以不同比例混合制備成上漿劑，該上漿劑可改善碳纖維與樹脂基體間的界面作用，但其包含表面活性劑、流平劑、潤滑劑等多組分，結構復雜且制備過程較繁瑣；此外，制備時酚酞啉改性聚芳醚酮先在有機溶劑充分溶解后再添加去離子水等形成混合溶液，最后須經蒸餾或旋蒸等去除有機溶劑，雖然得到為水溶性上漿劑，但無法明確酚酞啉改性聚芳醚酮樹脂為水溶性，因此有可能影響水溶性及使用效果。

發明內容

本發明針對現有商業化上漿劑在高溫加工過程中易發生降解、耐溫性較差等問題，提供一種碳纖維用耐高溫水溶性的熱塑性上漿劑，該上漿劑耐熱性極好，在440℃高溫下質量損失僅為5％，又為水溶性上漿劑，避免使用大量有機溶劑，對碳纖維進行上漿后，可顯著提高碳纖維與聚芳醚酮系列樹脂的界面結合性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種碳纖維用耐高溫水溶性的熱塑性上漿劑，原料組分按照質量分數包括熱塑性樹脂1.0％-2.0％，有機溶劑3.5％-7.5％，鹽化溶劑0.3％-0.7％，水89.8％-95.2％；

所述熱塑性樹脂經鹽化溶劑鹽化反應后具有如下結構：