一种耐高温碳纤维上浆剂制造技术

一种耐高温碳纤维上浆剂，由腈基单体树脂、腈基单体催化剂、有机溶剂组成。腈基单体树脂为对苯醚酮链段的腈基低聚物、双酚A型腈基单体、含磷的芳醚腈低聚物、含炔基芳醚链段的邻苯二甲腈树脂等中的一种或者多种；腈基单体催化剂为氨基或/和羟基型苯氧基邻苯二甲腈树脂单体；有机溶剂为乙酸乙酯、丙酮、乙醇、三氯甲烷、四氢呋喃、丁酮、异丙醇中的一种或多种。腈基单体树脂、腈基单体催化剂、有机溶剂的质量比为5～30：5～20：100。本发明专利技术的耐高温碳纤维上浆剂耐高温性能和界面结合性能良好。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温碳纤维上浆剂
本专利技术属于碳纤维制备及应用
，涉及一种耐高温碳纤维上浆剂。
技术介绍
树脂基复合材料目前主要应用在航空、航天领域，利用其轻质、高强、高模、可设计等特性，进一步提高飞行器的载荷比。随着飞行器飞行速度的提升，气动热效应越加明显，导致飞行器表面温度迅速提升，对树脂基复合材料的耐温需求也大大提升，尤其是碳纤维增强的树脂基复合材料。在碳纤维增强树脂复合材料的研究中，作为碳纤维保护层和二者界面的上浆剂的研究至关重要，因此其作为各大公司的特色技术，配方一直是极为保密。碳纤维作为一种脆性材料，通过上浆剂能够防止碳纤维起毛和断丝现象，保证碳纤维强度，隔离空气以及起到一定的纤维补强效果。同时作为界面层，上浆剂能够起到传递载荷，牢固连接增强体和基体的作用。随着碳纤维增强树脂基复合材料在高温应用领域的扩展，对上浆剂的耐温性也提出了更高要求。例如在耐高温领域的应用中，常规上浆剂在高温下最先分解，从而导致基体和增强体脱粘，界面传递载荷性能失效，从而导致整体材料性能下降，所以说根据不同的应用领域以及使用要求，选择合适的上浆剂才能更有效的发挥碳纤维复合材料的优势，为了使上浆剂的存在不影响复合材料的耐温性，必须选择本身耐温良好的材料。目前普遍使用的环氧型上浆剂，以及部分不饱和聚酯，另外还有聚酰亚胺、聚酰胺、缩醛、聚醚、聚砜等与基体树脂相匹配的上浆剂。这些类型的上浆剂都存在玻璃化温度低、耐温性差等缺点，尤其是普遍使用的环氧型上浆剂，普遍玻璃化温度只有150-180℃，严重影响了复合材料在高温领域的应用。因而急需开发具有更高耐温性的上浆剂，尤其是以上树脂都达不到的玻璃化温度大于400℃的高温领域。腈基树脂作为一种新型的耐高温基体树脂，近十年来得到了重视和发展，其作为复合材料的基体树脂显示了优良的耐热性和机械性能，但是作为改善界面结合性能的各种纤维上浆剂的研究却未见报道。本申请专利技术人通过系列研究后发现，合理优化选择腈基树脂单体及催化剂，组成新的腈基树脂体系后，不仅可以充分利用其耐高温的优势，同时可以改善树脂与纤维的界面结合性能，减少毛刺、提高层间剪切强度。
技术实现思路
针对现有技术的不足，希望提供一种耐高温型碳纤维上浆剂。本专利技术利用不同结构的腈基树脂单体及催化剂，并对它们进行合理选择、适当调节树脂单体与催化剂组成与配比、以及选择合适的溶剂，从而提供了一种碳纤维上浆剂，在达到优异耐高温性能的同时获得优良的界面结合性能。本专利技术的技术方案是，一种耐高温碳纤维上浆剂，它包括腈基单体树脂、腈基单体催化剂、有机溶剂。因此，它是一种由多个腈基树脂单体组成的溶剂型上浆剂，该腈基树脂耐高温碳纤维上浆剂由腈基树脂、催化剂、有机溶剂组成。进一步的，上述腈基单体树脂为分子式1～分子式4所表示的4种化学品中的一种或多种的混合物，即腈基单体树脂为对苯醚酮链段的腈基低聚物-分子式1、双酚A型腈基单体-分子式2、含磷的芳醚腈低聚物-分子式3、含炔基芳醚链段的邻苯二甲腈树脂分子式4中的一种或者多种。更进一步的，上述腈基单体催化剂为氨基苯氧基邻苯二甲腈和/或羟基苯氧基邻苯二甲腈单体树脂。还进一步的，上述有机溶剂为乙酸乙酯、丙酮、乙醇、三氯甲烷、四氢呋喃、丁酮、异丙醇、DMF中的一种或多种。还进一步的，上述腈基树脂、催化剂、有机溶剂的质量比为5～30：5～20：100。更优选地，本专利技术提供了一种耐高温碳纤维上浆剂配方，其配方组成和各组分的质量份数为：更优选地，本专利技术提供了一种耐高温碳纤维上浆剂配方，其配方组成和各组分的质量份数为：苯醚酮链段的腈基低聚物15羟基苯氧基邻苯二甲腈树脂10丁酮100。更优选地，本专利技术提供了一种耐高温碳纤维上浆剂配方，其配方组成和各组分的质量份数为：该耐高温碳纤维上浆剂制备方法为：按照所需配比称取腈基树脂、催化剂、有机溶剂，快速剧烈搅拌，将其制备成透明溶液，即为碳纤维上浆剂。本专利技术上浆剂配方中提及的所有化学物质均可通过公开途径获得。本专利技术具有以下优点：本专利技术采用的是新型耐高温腈基树脂，从单体结构上优选兼顾耐温性和界面结合性能的部分腈基树脂单体；其固化物耐温性高于目前所有专利中选用的树脂；同时本体系中含有大量活性羟基或者氨基，这些基团不仅可以与碳纤维表面的活性含氧基团反应，比如羧基、羟基，以提高界面强度，同时可以催化腈基树脂中的腈基基团交联，提高玻璃化温度；另外本文选用低沸点有机溶剂，免去了水乳型上浆剂中水分在纤维表面的残余而进一步提高耐温性；另外本文的上浆剂制备方法简单，适于工业化扩大生产。附图说明从下面结合附图对本专利技术实施例的详细描述中，本专利技术的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：图1本专利技术优选实施例1制备的上浆剂固化后固化物的DMA图；图2本专利技术优选实施例2制备的上浆剂固化后固化物的DMA图。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。下列具体实施例中各个物质的用量均为质量份数。实施例1一种耐高温碳纤维上浆剂，它包括按下述质量份数称取的各原料：然后将上述物质混合，剧烈搅拌，溶解为透明溶液，即获得该耐高温腈基树脂型上浆剂。图1为实施例1中的腈基树脂和催化剂加热形成固化物后的DMA图，从图中可以看出该上浆剂中树脂的玻璃化温度为438℃，远高于
技术介绍
中提及的各种树脂，完全满足耐温要求玻璃化温度高于400℃的应用领域。扫描电镜照片显示，经过该上浆剂浸泡后的碳纤维表面毛刺显著减少，上浆剂对纤维表面起到了很好的包覆和保护作用。同时按该实施例中腈基树脂、催化剂配方与碳纤维织物制备的复合材料的层间剪切强度为26MPa，高于耐温性近400℃的耐高温树脂碳纤维复合材料的层间剪切强度，说明该上浆剂与碳纤维有优良的界面结合性能。实施例2：一种耐高温碳纤维上浆剂，它包括按下述质量份数称取的各原料：苯醚酮链段的腈基低聚物15羟基苯氧基邻苯二甲腈树脂10丁酮100然后将上述物质混合，剧烈搅拌，溶解为透明溶液，即获得该耐高温腈基树脂型上浆剂。图2为实施例2中的腈基树脂和催化剂配方固化后形成固化物的DMA图，从图中可以看出该上浆剂中树脂的玻璃化温度远高于上文中提及的各种树脂为433℃，完全满足耐温要求玻璃化温度高于400℃的应用领域。扫描电镜照片显示，经过该上浆剂浸泡后的碳纤维表面毛刺显著减少，上浆剂对纤维表面起到了很好的包覆和保护作用。同时按该实施例中腈基树脂、催化剂配方与碳纤维织物制备的复合材料的层间剪切强度为25MPa，高于耐温性近400℃的耐高温树脂碳纤维复合材料的层间剪切强度，说明该上浆剂与碳纤维有优良的界面结合性能。实施例3：一种耐高温碳纤维上浆剂，它包括按下述质量份数称取的各原料：然后将上述物质混合，剧烈搅拌，溶解为透明溶液，即获得该耐高温腈基树脂型上浆剂。上述的实施例仅作为本专利技术实施方案示例而非作为限制，可以采取其它的形式。以上已经描述了本专利技术的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本
的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温碳纤维上浆剂，其特征在于，它包括腈基单体树脂、腈基单体催化剂、有机溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温碳纤维上浆剂，其特征在于，它包括腈基单体树脂、腈基单体催化剂、有机溶剂。2.如权利要求1所述的耐高温碳纤维上浆剂，其特征在于，所述腈基单体树脂为分子式1～分子式4所表示的4种化学品中的一种或多种的混合物：3.如权利要求2所述的耐高温碳纤维上浆剂，其特征在于，所述腈基单体催化剂为氨基和/或羟基型苯氧基邻苯二甲腈单体树脂。4.如权利要求3所述的耐高温碳纤维上浆剂，其特征在于，所述有机溶剂为乙酸乙酯、丙酮、乙醇、三氯甲烷、四氢呋喃、丁酮、异丙醇中...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛丽萍，苏胜培，尹昌平，邢素丽，尹笃林，肖加余，杨金水，张效敏，
申请(专利权)人：湖南师范大学，中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43