[發明專利]一種水性上漿劑及其制備方法和一種針對碳纖維/聚丙烯纖維混合氈的上漿方法

在審

• 申請號: 202211341327.6
• 申請日: 2022-10-31
• 公開（公告）號: CN115506151A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 陽玉球
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D06M15/227
• 分類號: D06M15/227;D06M15/263;D06M15/233;D06M15/572;D06M15/568;D06M13/513;C08F255/02;C08F212/08;C08F222/08;C08G18/12;C08G18/66;C08G18/48;C08G18/42
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王苗苗

本發明涉及上漿劑技術領域，提供了一種水性上漿劑及其制備方法和一種針對碳纖維/聚丙烯纖維混合氈的上漿方法。本發明提供的上漿劑包括成膜乳液和硅烷偶聯劑。成膜乳液包括質量比為75:25～95:5的改性聚丙烯水性乳液和聚氨酯水性乳液，其中，改性聚丙烯水性乳液由酸酐接枝改性聚丙烯、乳化劑、氨甲基丙醇和水制備得到。在本發明中，改性聚丙烯具有較高的活性，能夠和碳纖維表面的官能團結合，改性聚丙烯和聚丙烯樹脂基體間的相容性更好，提高了碳纖維和樹脂基體之間的界面結合力。本發明采用聚氨酯水性乳液降低表面能，提高上漿劑對于碳纖維的包覆作用，并采用硅烷偶聯劑進一步提高碳纖維與樹脂基體之間的結合作用。

技術領域

本發明涉及上漿劑技術領域，特別涉及一種水性上漿劑及其制備方法和一種針對碳纖維/聚丙烯纖維混合氈的上漿方法。

背景技術

碳纖維增強樹脂基復合材料(CFRP)結合了兩相材料各自的優良特性，其中，作為分散相的碳纖維作為增強部分用于承擔大部分的載荷，發揮其高強高模的特性，連續相基體樹脂能夠將碳纖維黏結在一起，起到傳遞應力的作用，兩相材料之間的結合使復合材料整體的性能實現了“1+12”效果。因此，CFRP在汽車零部件、航空航天、風力發電葉片、船舶制造、建筑補強、休閑運動器材等領域受到重視。

在碳纖維復合材料中，界面作為連接兩相、傳遞應力的重要“橋梁”，結合作用的強弱影響著復合材料的整體性能。在纖維增強熱塑性復合材料中，由于熱塑性樹脂的主鏈結構大多是線性分子鏈，缺少活性的官能團與纖維表面發生反應，進而無法形成緊密的化學鍵結合，碳纖維與熱塑性樹脂基體的界面結合較弱，因此需要對碳纖維進行表面改性以達到增強界面結合力的目的。

對碳纖維來說，目前，上漿處理是成本較低且被廣泛應用于工業生產的表面改性手段。對于初生的碳纖維來說，上漿是碳纖維在卷繞前的最后一道工藝。上漿后的碳纖維的表面會包覆一層漿膜，該漿膜不僅可以減少碳纖維與機器間的磨損，保護碳纖維防止其發生斷裂，還能夠在碳纖維表面引入活性基團。但是現有的上漿劑，如環氧樹脂類上漿劑，與缺少活性官能團的熱塑性樹脂基體之間的相容性差，對碳纖維表面改性效果不佳，導致碳纖維與熱塑性樹脂基體間的界面結合力不高。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種水性上漿劑及其制備方法和一種針對碳纖維/聚丙烯纖維混合氈的上漿方法。本發明提供的水性上漿劑對碳纖維表面具有較好的改性效果，有利于提高碳纖維與聚丙烯熱塑性樹脂基體間的界面結合力。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

一種水性上漿劑，包括成膜乳液和硅烷偶聯劑；

所述成膜乳液與所述硅烷偶聯劑的質量比為90:10～95:5；

所述成膜乳液包括改性聚丙烯水性乳液和聚氨酯水性乳液；所述改性聚丙烯水性乳液和聚氨酯水性乳液的質量比為75:25～95:5；

所述改性聚丙烯水性乳液，以質量分數計，包括：

所述聚氨酯水性乳液，以質量分數計，包括45％～50％的聚氨酯和50％～55％的水。

優選的，所述馬來酸酐接枝改性聚丙烯，以質量分數計，包括以下制備原料：

優選的，所述馬來酸酐接枝改性聚丙烯的制備方法包括以下步驟：

將聚丙烯、馬來酸酐、苯乙烯、引發劑、二甲苯、水和分散劑混合，依次進行溶脹和接枝反應，得到所述酸酐接枝改性聚丙烯；所述溶脹的溫度為65℃～70℃，時間為2h～3h，所述接枝反應的溫度為90℃～100℃，時間為5h～8h。