一种水性上浆剂及其制备方法和一种针对碳纤维/聚丙烯纤维混合毡的上浆方法技术

本发明专利技术涉及上浆剂技术领域，提供了一种水性上浆剂及其制备方法和一种针对碳纤维/聚丙烯纤维混合毡的上浆方法。本发明专利技术提供的上浆剂包括成膜乳液和硅烷偶联剂。成膜乳液包括质量比为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、乳化剂、氨甲基丙醇和水制备得到。在本发明专利技术中，改性聚丙烯具有较高的活性，能够和碳纤维表面的官能团结合，改性聚丙烯和聚丙烯树脂基体间的相容性更好，提高了碳纤维和树脂基体之间的界面结合力。本发明专利技术采用聚氨酯水性乳液降低表面能，提高上浆剂对于碳纤维的包覆作用，并采用硅烷偶联剂进一步提高碳纤维与树脂基体之间的结合作用。维与树脂基体之间的结合作用。维与树脂基体之间的结合作用。

【技术实现步骤摘要】
一种水性上浆剂及其制备方法和一种针对碳纤维/聚丙烯纤维混合毡的上浆方法


[0001]本专利技术涉及上浆剂
，特别涉及一种水性上浆剂及其制备方法和一种针对碳纤维/聚丙烯纤维混合毡的上浆方法。

技术介绍

[0002]碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)结合了两相材料各自的优良特性，其中，作为分散相的碳纤维作为增强部分用于承担大部分的载荷，发挥其高强高模的特性，连续相基体树脂能够将碳纤维黏结在一起，起到传递应力的作用，两相材料之间的结合使复合材料整体的性能实现了“1+1>2”效果。因此，CFRP在汽车零部件、航空航天、风力发电叶片、船舶制造、建筑补强、休闲运动器材等领域受到重视。
[0003]在碳纤维复合材料中，界面作为连接两相、传递应力的重要“桥梁”，结合作用的强弱影响着复合材料的整体性能。在纤维增强热塑性复合材料中，由于热塑性树脂的主链结构大多是线性分子链，缺少活性的官能团与纤维表面发生反应，进而无法形成紧密的化学键结合，碳纤维与热塑性树脂基体的界面结合较弱，因此需要对碳纤维进行表面改性以达到增强界面结合力的目的。
[0004]对碳纤维来说，目前，上浆处理是成本较低且被广泛应用于工业生产的表面改性手段。对于初生的碳纤维来说，上浆是碳纤维在卷绕前的最后一道工艺。上浆后的碳纤维的表面会包覆一层浆膜，该浆膜不仅可以减少碳纤维与机器间的磨损，保护碳纤维防止其发生断裂，还能够在碳纤维表面引入活性基团。但是现有的上浆剂，如环氧树脂类上浆剂，与缺少活性官能团的热塑性树脂基体之间的相容性差，对碳纤维表面改性效果不佳，导致碳纤维与热塑性树脂基体间的界面结合力不高。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种水性上浆剂及其制备方法和一种针对碳纤维/聚丙烯纤维混合毡的上浆方法。本专利技术提供的水性上浆剂对碳纤维表面具有较好的改性效果，有利于提高碳纤维与聚丙烯热塑性树脂基体间的界面结合力。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]一种水性上浆剂，包括成膜乳液和硅烷偶联剂；
[0008]所述成膜乳液与所述硅烷偶联剂的质量比为90:10～95:5；
[0009]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质量比为75:25～95:5；
[0010]所述改性聚丙烯水性乳液，以质量分数计，包括：
[0011][0012]所述聚氨酯水性乳液，以质量分数计，包括45％～50％的聚氨酯和50％～55％的水。
[0013]优选的，所述马来酸酐接枝改性聚丙烯，以质量分数计，包括以下制备原料：
[0014][0015]优选的，所述马来酸酐接枝改性聚丙烯的制备方法包括以下步骤：
[0016]将聚丙烯、马来酸酐、苯乙烯、引发剂、二甲苯、水和分散剂混合，依次进行溶胀和接枝反应，得到所述酸酐接枝改性聚丙烯；所述溶胀的温度为65℃～70℃，时间为2h～3h，所述接枝反应的温度为90℃～100℃，时间为5h～8h。
[0017]优选的，所述改性聚丙烯水性乳液的制备方法包括以下步骤：将马来酸酐接枝改性聚丙烯、乳化剂、氨甲基丙醇和水进行乳化，得到所述改性聚丙烯水性乳液；所述乳化在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为750r/min～1000r/min，所述乳化的温度为164℃～169℃，时间为60min～100min。
[0018]优选的，所述聚氨酯，以质量分数计，包括以下制备原料：
[0019][0020]优选的，所述聚氨酯的制备方法包括以下步骤：
[0021]将异佛尔酮二异氰酸酯与聚醚二醇和聚酯二醇的混合物进行预聚反应，得到预聚物；
[0022]将所述预聚物和丁二醇以及二羟甲基丙酸混合进行第一反应，得到第一反应产物；
[0023]将所述第一反应产物和丙酮及三乙胺混合进行第二反应，得到所述聚氨酯。
[0024]本专利技术还提供了上述方案所述水性上浆剂的制备方法，包括以下步骤：将改性聚丙烯水性乳液、聚氨酯水性乳液和硅烷偶联剂混合，得到所述水性上浆剂。
[0025]本专利技术还提供了一种上浆方法，采用上浆液对碳纤维/聚丙烯纤维混合毡进行上浆；所述上浆液由上述方案所述水性上浆剂或上述方案所述制备方法得到的水性上浆剂经水稀释得到。
[0026]优选的，所述碳纤维/聚丙烯纤维混合毡为碳纤维/聚丙烯纤维针刺毡，所述上浆液的含固率为0.13％～0.15％，所述上浆为喷涂上浆。
[0027]优选的，所述碳纤维/聚丙烯纤维针刺毡的克重为250g/mm2～290g/mm2，纤维长度为20mm～70mm。
[0028]本专利技术提供了一种水性上浆剂，包括成膜乳液和硅烷偶联剂；所述成膜乳液与所述硅烷偶联剂的质量比为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质量比为75:25～95:5；所述改性聚丙烯水性乳液，以质量分数计，包括以下制备原料：马来酸酐接枝改性聚丙烯20％～25％；乳化剂7％～10％；氨甲基丙醇1％～3％；水62％～72％；所述聚氨酯水性乳液，以质量分数计，包括45％～50％的聚氨酯和50％～55％的水。本专利技术采用马来酸酐接枝改性聚丙烯和乳化剂制备改性聚丙烯水性乳液，将其作为水性上浆剂的组分，一方面改性聚丙烯具有较高的活性，能够和碳纤维表面的官能团结合，另一方面，上浆剂中的改性聚丙烯和聚丙烯树脂基体之间的相容性更好，从而提高了上浆后的碳纤维和聚丙烯热塑性基体树脂之间的界面结合力。本专利技术还采用特定含量的聚氨酯水性乳液降低表面能，提高上浆剂对于碳纤维的包覆作用，同时，采用硅烷偶联剂进一步提高碳纤维与聚丙烯树脂基体之间的结合作用。
[0029]进一步的，本专利技术采用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为聚氨酯的原料之一，并将聚醚二醇和聚酯二醇作为聚氨酯的软段构成，使制备得到的聚氨酯水性乳液的成膜性更好，更有利于上浆剂对碳纤维表面进行均匀的成膜包覆。
[0030]本专利技术还提供了上述方案所述水性上浆剂的制备方法。本专利技术提供的制备方法步骤简单，容易操作，容易进行工业化生产。
[0031]本专利技术还提供了一种针对碳纤维/聚丙烯纤维混合毡的上浆方法，采用上浆液对碳纤维/聚丙烯纤维混合毡进行上浆；所述上浆液由上述方案所述上浆剂或上述方案所述制备方法得到的水性上浆剂经水稀释得到。本专利技术制备得到的上浆剂有利于提高碳纤维/聚丙烯纤维混合毡中碳纤维和聚丙烯基体树脂之间的结合力，且成膜性好，将上浆后的碳纤维/聚丙烯纤维混合毡铺层压制碳纤维/聚丙烯复合材料时，有利于提高碳纤维增强树脂基复合材料的力学性能。
[0032]进一步的，本专利技术采用喷涂上浆的方法可以在不影响碳纤维针刺毡基本物理结构的基础上进行均匀上浆。
附图说明
[0033]图1为实施例1中上浆前的碳纤维针刺毡和CF/PP针刺毡透光性对比结果图。
具体实施方式
[0034]本专利技术提供了一种水性上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性上浆剂，其特征在于，包括成膜乳液和硅烷偶联剂；所述成膜乳液与所述硅烷偶联剂的质量比为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质量比为75:25～95:5；所述改性聚丙烯水性乳液，以质量分数计，包括：所述聚氨酯水性乳液，以质量分数计，包括45％～50％的聚氨酯和50％～55％的水。2.根据权利要求1所述的水性上浆剂，其特征在于，所述马来酸酐接枝改性聚丙烯，以质量分数计，包括以下制备原料：3.根据权利要求2所述的水性上浆剂，其特征在于，所述马来酸酐接枝改性聚丙烯的制备方法包括以下步骤：将聚丙烯、马来酸酐、苯乙烯、引发剂、二甲苯、水和分散剂混合，依次进行溶胀和接枝反应，得到所述酸酐接枝改性聚丙烯；所述溶胀的温度为65℃～70℃，时间为2h～3h，所述接枝反应的温度为90℃～100℃，时间为5h～8h。4.根据权利要求1～3任一项所述的水性上浆剂，其特征在于，所述改性聚丙烯水性乳液的制备方法包括以下步骤：将马来酸酐接枝改性聚丙烯、乳化剂、氨甲基丙醇和水进行乳化，得到所述改性聚丙烯水性乳液；所述乳化在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为750r/min～1000r/min，所述乳化的温度为164℃～169℃，时间为60...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳玉球，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：