一种碳纤维油剂及其制备方法技术

本申请提供了一种碳纤维油剂，所述油剂包含季铵化改性硅油、氨基改性硅油、环氧改性硅油、乳化剂、有机溶剂、助剂、去离子水；所述油剂各成分的质量份数表示如下：季铵化改性硅油3～14份，氨基改性硅油5～33份，环氧改性硅油3～14份，乳化剂+有机溶剂5～15份，助剂1～5份，去离子水60～70份；其中，所述的季铵化改性硅油包括羟基、聚醚改性季铵化硅油、烷氧基改性季铵化硅油和氨乙基氨丙基改性季铵化硅油中的一种或多种。由本申请的油剂涂覆生产的碳纤维，具有拉伸断裂强度高、杂质含量少、分纤性良好、生产使用中产生毛羽少等优点。生产使用中产生毛羽少等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维油剂及其制备方法


[0001]本申请涉及碳纤维生产领域，特别涉及一种碳纤维油剂，以及该油剂的制备方法。

技术介绍

[0002]聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)基碳纤维是上世纪六十年迅速发展起来的新型材料，因其具有质量轻、比强度高、比模量高、耐高温、耐腐蚀等优异性能而被广泛应用于军工及航空航天等高端领域。随着国内市场的迅速壮大，碳纤维的需求量也日益增大，但是碳纤维的表面缺陷严重影响其拉伸强度，制约了碳纤维在复合材料的应用。为了防止产生表面缺陷就需要高质量油剂和有效的上油工序等措施，油剂是生产聚丙烯腈基碳纤维原丝的重要助剂，对提高碳纤维强度的贡献率约为0.5～1GPa。然而目前市场上的油剂很难较好匹配碳纤维生产工艺，或多或少存在诸如原丝中金属与非金属等杂质含量高，毛丝多，分纤性差等问题，甚至在预氧化段容易发生热粘连、热并丝现象，因此开发出适配于干喷湿纺原丝用油剂已成当务之急。

技术实现思路

[0003]本申请旨在提供一种碳纤维油剂，由本申请的油剂涂覆生产的碳纤维，具有拉伸断裂强度高、杂质含量少，分纤性良好、生产使用中产生毛羽少等优点。
[0004]碳纤维用油剂可以改性有机硅油乳液为主，其中，氨基改性硅油因具有优异的耐热性、柔软性，易与碳纤维上的羟基等极性基团形成强有力的氢键而被广泛应于合成碳纤维用油剂。但是氨基改性硅油分子结构中氨基分布不均匀导致其亲水性较差，难以得到均一稳定的乳液，与碳纤维结合度太低，难以在碳纤维表面均匀铺展，无法对碳纤维起到较好的保护作用。因此，本申请提供了一种碳纤维用油剂，提高了油剂亲水性得到均一稳定乳液的同时又能加强与碳纤维的结合，提高了碳纤维拉伸断裂强度和力学性能，成为了进一步提高碳纤维生产效率和质量的关键性问题。
[0005]根据本申请的一个方面，提供了一种碳纤维油剂，所述油剂包含季铵化改性硅油、氨基改性硅油、环氧改性硅油、乳化剂、有机溶剂、助剂、去离子水；
[0006]所述油剂各成分的质量份数表示如下：
[0007][0008]其中，所述氨基改性硅油的改性方式包括侧链双氨基改性或端氨基改性。
[0009]其中，所述季铵化改性硅油的改性方式包括侧链改性；所述季铵化改性硅油的分子量为3000～15000g/mol。
[0010]其中，所述的季铵化改性硅油包括羟基、聚醚改性季铵化硅油、烷氧基改性季铵化硅油和氨乙基氨丙基改性季铵化硅油中的一种或多种。
[0011]其中，若所述季铵化改性硅油包括羟基、聚醚改性季铵化硅油，所述羟基、聚醚改性季铵化硅油的质量份数为3～8份，所述羟基、聚醚改性季铵化硅油与所述氨基改性硅油的质量份数比为1:1.5～1:2.5；
[0012]若所述季铵化改性硅油包括所述烷氧基改性季铵化硅油，所述烷氧基改性季铵化硅油的质量份数为8～14份，所述烷氧基改性季铵化硅油与所述氨基改性硅油的质量份数比为1:0.8～1:2；
[0013]若所述季铵化改性硅油包括所述氨乙基氨丙基改性季铵化硅油，所述氨乙基氨丙基改性季铵化硅油的质量份数为3～8份，所述氨乙基氨丙基改性季铵化硅油与所述氨基改性硅油的质量份数比为1:1.5～1:2.5。
[0014]其中，当所述季铵化改性硅油包括所述羟基、聚醚改性季铵化硅油、所述烷氧基改性季铵化硅油和所述氨乙基氨丙基改性季铵化硅油，所述羟基、聚醚改性季铵化硅油、所述烷氧基改性季铵化硅油和所述氨乙基氨丙基改性季铵化硅油的质量份数比为1:1.5:1～1:2.5:1。
[0015]其中，所述环氧改性硅油的改性方式包括侧链多官能团改性或双端改性。
[0016]其中，所述环氧改性硅油的环氧值为0.005～0.25mmol/100g；所述环氧改性硅油的分子量为50000～200000g/mol；所述环氧改性硅油的质量份数与季铵化改性硅油和氨基改性硅油的质量份数之和的比为1:1.5～1:2.5。
[0017]其中，所述油剂各成分的质量份数表示如下：
[0018][0019]其中，所述的季铵化改性硅油包括羟基、聚醚改性季铵化硅油、烷氧基改性季铵化硅油和氨乙基氨丙基改性季铵化硅油；其中，所述羟基、聚醚改性季铵化硅油的质量份数为1.3～2.0份，所述烷氧基改性季铵化硅油的质量份数为2.6～4.0份，所述氨乙基氨丙基改性季铵化硅油的质量份数为1.3～2.0份；其中，所述羟基、聚醚改性季铵化硅油、所述烷氧基改性季铵化硅油和所述氨乙基氨丙基改性季铵化硅油的质量份数比为1:1.7:1～1:2.2:1。
[0020]本申请的碳纤维油剂中，有机硅油包括季铵化改性硅油、氨基改性硅油、环氧改性
硅油，其中，季铵化改性硅油包括羟基、聚醚改性季铵化硅油、烷氧基改性季铵化硅油和氨乙基氨丙基改性季铵化硅油，通过引入亲水的季铵盐基团后，可以在保留氨基硅油原有良好手感的同时，赋予碳纤维更好的亲水性，并降低其在高温处理时的泛黄现象，该方法可以较好处理大分子量硅油体系，制备出的碳纤维油剂粒径在100
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800nm，能够在原丝表面进行快速均匀上油，致使原丝在干燥致密化和蒸汽牵伸阶段不易粘辊，收卷后的原丝端面平整，毛丝量少，对干喷湿纺原丝生产工艺具有较好的匹配性。
[0021]该碳纤维油剂中各组分的作用及含量说明如下：
[0022]本申请的碳纤维油剂包含季铵化改性硅油、氨基改性硅油、环氧改性硅油、乳化剂、有机溶剂、助剂、去离子水；其中，碳纤维油剂的有效组分包含季铵化改性硅油、氨基改性硅油、环氧改性硅油、乳化剂、有机溶剂、助剂。
[0023]氨基改性硅油具有优异的耐热性、柔软性，易与碳纤维上的羟基等极性基团形成强有力的氢键，提高其成膜性和亲水性，对碳纤维的连续生产和后续应用有着决定性影响。优选的，本申请中氨基改性硅油的改性方式包括侧链双氨基改性或端氨基改性；更优选的，氨基改性硅油的改性基团包括伯胺基、仲胺基、派嗪基、苯氨基中的一种或多种；进一步优选的，氨值为0.1～0.7mmol/g，分子量为10000～150000g/mol。其中，本申请的碳纤维油剂中，限定氨基改性硅油的质量份数为5～33份；优选的，所述氨基改性硅油的质量份数为5～20份。
[0024]氨基改性硅油虽然具有优异的性能，但因其分子结构中氨基分布不均匀导致其亲水性不足，难以得到均一稳定的乳液，使其与碳纤维结合度不够，难以在碳纤维表面均匀铺展，在此基础上，本申请在氨基改性硅油上引入亲水的、不同改性方式的季铵化基团，即，本申请提供了一种季铵化改性硅油，可以在保留氨基硅油原有良好手感的同时，赋予织物更好的亲水性，并降低其在高温处理时的泛黄现象，同时，季铵盐为阳离子性，对带负电荷的纤维、织物有很强的吸附性，能够高效的沉淀和吸附在纤维上从而可以有效降低微纤维的静电和纤维间的摩擦。优选的，季铵化改性硅油的改性方式包括侧链改性；更优选的，季铵化改性硅油的分子量为3000～15000g/mol。进一步优选的，季铵化改性硅油包括羟基、聚醚改性季铵化硅油、烷氧基改性季铵化硅油和氨乙基氨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维油剂，其特征在于，所述油剂包含季铵化改性硅油、氨基改性硅油、环氧改性硅油、乳化剂、有机溶剂、助剂、去离子水；所述油剂各成分的质量份数表示如下：2.根据权利要求1所述的油剂，其特征在于，所述氨基改性硅油的改性方式包括侧链双氨基改性或端氨基改性。3.根据权利要求1所述的油剂，其特征在于，所述季铵化改性硅油的改性方式包括侧链改性；所述季铵化改性硅油的分子量为3000～15000g/mol。4.根据权利要求3所述的油剂，其特征在于，所述的季铵化改性硅油包括羟基、聚醚改性季铵化硅油、烷氧基改性季铵化硅油和氨乙基氨丙基改性季铵化硅油中的一种或多种。5.根据权利要求3所述的油剂，其特征在于，若所述季铵化改性硅油包括羟基、聚醚改性季铵化硅油，所述羟基、聚醚改性季铵化硅油的质量份数为3～8份，所述羟基、聚醚改性季铵化硅油与所述氨基改性硅油的质量份数比为1:1.5～1:2.5；若所述季铵化改性硅油包括所述烷氧基改性季铵化硅油，所述烷氧基改性季铵化硅油的质量份数为8～14份，所述烷氧基改性季铵化硅油与所述氨基改性硅油的质量份数比为1:0.8～1:2；若所述季铵化改性硅油包括所述氨乙基氨丙基改性季铵化硅油，所述氨乙基氨丙基改性季铵化硅油的质量份数为3～8份，所述氨乙基氨丙基改性季铵化硅油与所述氨基改性硅油的质量份数比为1:1.5～1:2.5。6.根据权利要求3所述的油剂，其特征在于，当所述季铵化改性硅油包括所述羟基、聚醚改性季铵化硅油、所述烷氧基改性季铵化硅油和所述氨乙基氨丙基改性季铵化硅油，所述羟基、聚醚改性季铵化硅油、所述烷氧基改性季铵化硅油和所述氨乙基氨丙基改性季铵化硅油的质量份数比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈秋飞，刘磊，祝威威，夏新强，
申请(专利权)人：中复神鹰碳纤维股份有限公司，
类型：发明
国别省市：