一种碳纤维用耐温型乳液上浆剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维用耐温型乳液上浆剂，包括：主浆料、乳化剂、助剂和去离子水，其中，主浆料是由正十二胺改性的缩水甘油胺型环氧树脂，改性时正十二胺与环氧树脂的质量比为10～40:60～90。乳化剂的质量为主浆料质量的5～15%，助剂包括稀释剂和渗透剂，稀释剂的质量为主浆料质量的0～100%，渗透剂的质量为主浆料质量的1～5%，去离子水与主浆料的质量比为50～90:10～50。本发明专利技术还公开了本上浆剂的制备方法和用途。本上浆剂稳定性好，不污染环境，制备方法简单。柔性分子正十二胺的存在使得碳纤维具有更佳的可操作性。实验表明碳纤维经本上浆剂处理后，后加工性明显改善，并且碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面耐温性和层间剪切强度(ILSS)也有明显提高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种碳纤维用耐温型乳液上浆剂，包括：主浆料、乳化剂、助剂和去离子水，其中，主浆料是由正十二胺改性的缩水甘油胺型环氧树脂，改性时正十二胺与环氧树脂的质量比为10～40:60～90。乳化剂的质量为主浆料质量的5～15%，助剂包括稀释剂和渗透剂，稀释剂的质量为主浆料质量的0～100%，渗透剂的质量为主浆料质量的1～5%，去离子水与主浆料的质量比为50～90:10～50。本专利技术还公开了本上浆剂的制备方法和用途。本上浆剂稳定性好，不污染环境，制备方法简单。柔性分子正十二胺的存在使得碳纤维具有更佳的可操作性。实验表明碳纤维经本上浆剂处理后，后加工性明显改善，并且碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面耐温性和层间剪切强度(ILSS)也有明显提高。【专利说明】一种碳纤维用耐温型乳液上浆剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种碳纤维用耐温型上浆剂及其制备方法和应用，特别涉及一种适用 于环氧树脂基体的耐温型碳纤维乳液型上浆剂及其制备方法和应用。
技术介绍
碳纤维凭借其高比强度、高比模量、耐高温以及耐腐蚀等优异性能，被广泛应用于 各个领域。然而，碳纤维是脆性材料，在纺织或加工过程中因摩擦容易引起单丝断裂和毛 丝，降低碳纤维的强度，影响复合材料的力学性能。为提高碳纤维的强度和后加工性能，碳 纤维生产线的收卷前都配有上浆装置。上浆就是在碳纤维表面涂覆一层保护胶，使碳纤维 集束，改善碳纤维的加工性。 -般而言，上浆剂主要分为两种：溶剂型和乳液型。溶剂型上浆剂使用时，有机溶 剂存在易燃和污染环境两大弊端，而且树脂容易残留在导辊上，纤维通过时容易被损伤，目 前已很少使用。乳液型上浆剂不易在导辊上残留树脂，又不易燃且对环境无污染，而且由于 表面活性剂的存在，可以大大提高纤维表面的可润湿性。因此，目前各碳纤维生产厂商多用 乳液型上浆剂。此外，上浆剂的主浆料与基体相同或相似并能参与后期基体树脂的固化交 联反应，进而提高碳纤维与基体树脂间的界面结合。目前，上浆剂多以环氧树脂为主浆料， 但是环氧树脂的分子结构决定了它具有较大的刚性，以环氧树脂为主浆料制备的上浆剂对 碳纤维进行上浆处理时，胶层刚度和脆性较大，不利于碳纤维的后加工性以及碳纤维复合 材料的界面抗冲击性。 为了适应不同的使用环境，复合材料的基体会选用不同的树脂。因此，上浆剂必须 适应不同的树脂基体，并与其有很好的相容性，才能充分发挥碳纤维的优异性能。以往的工 作者研制了很多乳液型上浆剂，例如US 4751258、US 4420512XN 02813985. 2均公开了乳 液型上浆剂的制备方法和用途，这些上浆剂更适用于普通环氧树脂基体。当复合材料的基 体为耐温型环氧树脂时，他们的性能协同性不理想。美国专利US 4981947报道了异氰酸酯 与不饱和醇反应形成具有聚氨酯键的化合物，以此作为主要成分制备碳纤维上浆剂，但是 该工序较繁琐，反应条件不容易控制。US 4880881报道了一种不仅能够提高碳纤维的后加 工性能，而且可以通过调节组分质量比例来适应环氧基体和不饱和聚酯基体的上浆剂。但 是，该上浆剂主成分的制备较繁琐且稳定性不佳。山西煤炭化学研究所公开了一种以热塑 性聚酰亚胺和环氧树脂E-51复配为主要成分的碳纤维上浆剂，它具有很好的耐温性。但由 于聚酰亚胺的溶解性差，导致上浆剂制备过程中操作困难。
技术实现思路
为克服上述不足，本专利技术提供了一种以改性柔性耐温环氧树脂为主浆料的碳纤维 乳液型上浆剂，解决了耐温型树脂刚性大且制备上浆剂时存在的乳化困难的难题。本上浆 剂适用于耐温型环氧树脂基体，能够更好地改善碳纤维的后加工性能，形成耐温韧性界面 层，提高复合材料的界面性能。 本专利技术还提供了本上浆剂的制备方法，该方法操作简单，实施方便。 本专利技术还提供了本上浆剂主浆料树脂的合成方法，在主浆料树脂分子中引入柔性 分子链，提高复合材料界面层的柔韧性。 本专利技术还提供了本碳纤维乳液型上浆剂在碳纤维上的应用。 本专利技术是通过以下措施实现的： 一种碳纤维乳液型环氧树脂上浆剂，包括：主浆料、乳化剂、助剂和去离子水，其中，助 剂包括稀释剂和渗透剂，乳化剂的质量为主浆料质量的5?15%，稀释剂的质量为主浆料质 量的0?100%，渗透剂的质量为主浆料质量的1?5%，去离子水与主浆料的质量比为50? 90:10 ?50。 上述上浆剂中，所述主浆料是由正十二胺改性的缩水甘油胺型环氧树脂，改性时 正十二胺与环氧树脂的质量比为10?40: 60?90。所述缩水甘油胺型环氧树脂为对氨基 苯酚环氧树脂（AFG-90)或4,4_二氨基二甲苯甲烷环氧树脂（AG-80)。本专利技术所用的正 十二胺可以在市场购买，纯度为98%，分子量为185. 35。 本专利技术的关键在于针对上述不足，利用柔韧性较好的脂肪链分子正十二胺与环氧 树脂进行接枝加成，使得改性树脂具有适当的柔韧性。利用改性的树脂作为主浆料制备的 上浆剂，既具有适当的柔韧性，又留有足够的环氧基团来与基体树脂进行固化交联。通过本 上浆剂处理的碳纤维可以适应多种不同的后加工工艺和用途，例如短切纤维的硬挺度应保 证纱线在受到刀片的剪切作用时形变较小，使得刀片能顺利切断纱线，本上浆剂通过减少 主浆料中正十二胺的用量即可使其适用于短切碳纤维；用于编织的纤维由于要承受大角度 的弯曲作用，要求纤维具有良好的柔韧性，此时增加主浆料中正十二胺的用量即可满足要 求。 本专利技术的关键还在于乳化剂的选择与复配。因为混合乳化剂比单一乳化剂效果 好，本专利技术使用的是混合乳化剂，即农乳1601、蓖麻油聚氧乙烯醚EL-20或EL-40和壬基酚 聚氧乙烯醚（NP-10)中任意两种复配而成。两种乳化剂的质量比为10?90:10?90。通 过选择乳化剂的种类、配比和用量，使两种乳化剂协同作用，制备性能稳定的上浆剂乳液。 上述几种乳化剂不仅具有良好的乳化分散性能，而且不会影响上浆后碳纤维增强复合材料 的耐热性能。 农乳1601结构式为： 【权利要求】1. 一种碳纤维用耐温型乳液上浆剂，其特征包括：主浆料、乳化剂、助剂和去离子水， 所述助剂包括稀释剂和渗透剂，其中，乳化剂的质量为主浆料质量的5?15%，稀释剂的质 量为主浆料质量的(Γ100%，渗透剂的质量为主浆料质量的1~5%，去离子水与主浆料的质量 比为50?90:10?50。2. 根据权利要求1所述的上浆剂，所述主浆料改性缩水甘油胺型环氧树脂是由正十二 胺和缩水甘油胺型环氧树脂合成得到，其中缩水甘油胺型环氧树脂包括：对氨基苯酚环氧 树脂仏?6-90)或4,4-二氨基二甲苯甲烷环氧树脂仏6-80)。3. 根据权利要求1、2所述的上浆剂，其主浆料改性缩水甘油胺型环氧树脂的具体合 成步骤如下：将缩水甘油胺型环氧树脂的丙酮溶液加入安装有冷凝回流装置的三口瓶中， 30?50°C匀速搅拌20min，树脂溶解均匀后升温至70?120°C，然后向三口瓶中滴加正 十二胺的丙酮溶液，恒温搅拌反应2?5h得到改性树脂。4. 根据权利要求1、2和3所述的上浆剂，正十二胺和缩水甘油胺型环氧树脂的质量比 为10?40:60?90,环氧树脂与丙酮的质量比为40?80:20?60,正十二胺与丙酮的质 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维用耐温型乳液上浆剂，其特征包括：主浆料、乳化剂、助剂和去离子水，所述助剂包括稀释剂和渗透剂，其中，乳化剂的质量为主浆料质量的5～15%，稀释剂的质量为主浆料质量的0~100%，渗透剂的质量为主浆料质量的1~5%，去离子水与主浆料的质量比为50～90:10～50。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：葛曷一，柳华实，马小龙，赵卫国，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37