本发明专利技术公开了一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂及其制备方法和应用，该上浆剂包括液体丁腈橡胶、增塑剂、增粘剂、乳化剂和成膜助剂。其制备方法包括：将一定量的液体丁腈橡胶溶解于溶剂中，搅拌；添加一定量的增塑剂、增粘剂、乳化剂，继续搅拌；将一定量的去离子水缓慢地滴入混合溶液中，高速搅拌一定时间，使混合物由“油包水型”转相为“水包油型”；滴加完毕后，继续高速搅拌一定时间；使用旋转蒸发器除去溶剂；添加一定比例的成膜助剂，得到上浆剂。本发明专利技术的方法制得的上浆剂在碳纤维表面成膜性较好，耐磨性较强，不易起毛；碳纤维与橡胶的结合能力较强，可以作为有力的支撑层，有助于减轻设备重量，大幅度提高产品寿命。大幅度提高产品寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及碳纤维表面处理领域，特别涉及一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]近十几年来，碳纤维由于具有耐高温、优良的抗疲劳性、高比模量、耐腐蚀等特性，受到国内外学者的广泛关注。碳纤维具有传统纤维的一些特性，外形柔软可进行加工编织，其比模量是铝合金、钢等常见金属的2倍以上，然而其密度只有金属的三分之一以下，因此碳纤维被广泛应用于轻量化领域。
[0003]碳纤维主要由聚丙烯腈纺丝后碳化形成，碳化后的碳纤维原丝，表面含有极少的活性基团，很难与有机树脂融合，所以碳化后一般用环氧树脂基上浆剂处理，从而增强与有机树脂的界面相容性。然而采用环氧类上浆剂处理的碳纤维与某些高分子聚合物的粘结性仍然很差，例如橡胶类高分子聚合物，这大大阻碍了碳纤维在其他领域的应用，因此需要研究新型的上浆剂，从而拓展其在其他领域的应用。
[0004]碳纤维虽然具有高模高强的优点，但其作为一种脆性材料，不能承受剪切力，在加工过程中若出现弯折和摩擦，会发生起毛和断丝现象。碳纤维作为支撑层，一般需要进行编织成固定形状，在立体编织的过程中，碳纤维之间摩擦增大，表面容易起毛，起毛会增大线与线之间的摩擦，碳纤维强度会急剧下降，编制速度过快会导致断丝，这会对生产加工会带来一定的问题：
[0005]①
大大影响了碳纤维胶管的生产速度，相比传统胶管生产速度下降，导致产能下降；
[0006]②
所起毛丝会引起机器短路，从而带来一定的生产安全问题；
[0007]③
碳纤维起丝后强度会降低，从影响胶管的性能。
技术实现思路
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂及其制备方法和应用，旨在解决碳纤维起毛断丝和集束性不好的问题，另外通过上浆，加强碳纤维与丁腈橡胶的相容性，从而保证胶管层间的结合强度。
[0009]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0010]一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂，包括液体丁腈橡胶、增塑剂、增粘剂、乳化剂和成膜助剂。
[0011]上述方案中，所述液体丁腈橡胶、增塑剂、增粘剂、乳化剂和成膜助剂的质量比为1：0.02～0.15：0.01～0.3:0.1～0.5:0.01～0.2。
[0012]一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂的制备方法，包括如下步骤：
[0013](1)将一定量的液体丁腈橡胶溶解于溶剂中，搅拌一定时间；
[0014](2)向步骤(1)的溶液中添加一定量的增塑剂、增粘剂、乳化剂，继续搅拌一定时
间；
[0015](3)将一定量的去离子水以2
‑
5ml/min的速率缓慢地滴入步骤(2)的混合溶液中，高速搅拌一定时间，使混合物由“油包水型”转相为“水包油型”；
[0016](4)滴加完毕后，继续高速搅拌一定时间；
[0017](5)将步骤(4)所得到的乳液使用旋转蒸发器除去溶剂；
[0018](6)在步骤(5)所得到的乳液中，添加一定比例的成膜助剂，得到上浆剂。
[0019]上述方案中，所述液体丁腈橡胶包括端羧基丁腈橡胶、端羟基丁腈橡胶、端胺基丁腈橡胶、端环氧基丁腈橡胶、端乙烯基丁腈橡胶中的一种或几种。
[0020]上述方案中，所述溶剂包括丙酮、甲乙酮、三氯甲烷、二氯乙烯、三氯乙烯、乙酸乙酯中的一种或几种。
[0021]上述方案中，所述增塑剂包括硬脂酸、磷酸三甲酚酯、磷酸二丁氧基乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、氯化碳酸二丁酯中的一种或几种。
[0022]上述方案中，所述增粘剂包括聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜、改性酚醛树脂、乙烯基树脂、环氧树脂中的一种或几种。
[0023]上述方案中，所述乳化剂包括聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯、聚山梨酯
‑
80、壬基酚聚氧乙烯醚、苯乙基苯酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚、十二烷基酚聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、聚醚类表面活性剂中的一种或几种。
[0024]上述方案中，所述成膜助剂包括苯甲醇、乙二醇、丙二醇、己二醇、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单丙醚、二丙二醇单丁醚、三丙二醇正丁醚、丙二醇苯醚中的一种或几种。
[0025]上述方案中，步骤(1)中，在25
±
5℃下，以5000rpm的转速搅拌30min。
[0026]上述方案中，步骤(2)中，添加的增塑剂、增粘剂、乳化剂与液体丁腈橡胶的质量比为0.02～0.15：0.01～0.3:0.1～0.5:1。
[0027]上述方案中，步骤(2)中，以8000rpm的转速搅拌60min。
[0028]上述方案中，步骤(3)中，去离子水的滴入速率为2
‑
5ml/min。
[0029]上述方案中，步骤(3)中，在25
±
5℃下，以12000
‑
20000rpm的转速搅拌80min。
[0030]上述方案中，步骤(4)中，25
±
5℃下，继续以15000rpm的转速搅拌30min。
[0031]上述方案中，步骤(5)中，旋转蒸发器的温度为60
‑
80℃，真空度为90
‑
120Pa。
[0032]上述方案中，步骤(6)中，成膜助剂与液体丁腈橡胶的质量比为0.01～0.2：1。
[0033]一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂在橡胶管材中的应用。
[0034]上述方案中，将经上浆剂处理后的碳纤维与橡胶合模硫化制备复合橡胶管材。
[0035]进一步的技术方案中，采用连续上浆处理设备，上浆温度为室温，上浆速度为30m/h，加入上浆剂，上浆后的碳纤维在循环干燥箱中60℃干燥12h后备用。
[0036]进一步的技术方案中，将适量的丁腈橡胶放入模具中，构造内管，然后在内管表面进行碳纤维编织，之后外层包裹氯化聚乙烯橡胶胶层；最后在温度为150℃、压力为10Mpa下，加压硫化30min，得复合橡胶管材。
[0037]通过上述技术方案，本专利技术提供的一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂及其制备方法和应用具有如下有益效果：
[0038]1、本专利技术所制备的上浆剂包含丁腈橡胶、增塑剂、增粘剂、乳化剂和成膜剂等成
分，增塑剂目的是为了减少丁腈橡胶分子内部作用力；增粘剂目的为了增强上浆剂的粘性，增加碳纤维的集束性；成膜剂目的是为了促进上浆后高分子聚合物塑性流动和弹性变形。
[0039]2、本专利技术通过上述助剂的配伍作用，制备的上浆剂在碳纤维表面的成膜性较好，处理后的碳纤维耐磨性较强，不易起毛。
[0040]3、本专利技术采用液体丁腈橡胶作为基本成分，制备的上浆剂处理后的碳纤维与橡胶的结合能力很好，碳纤维可以作为有力的支撑层，若采用碳纤维代替金属作为增强层，可在一定程度上本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂，其特征在于，包括液体丁腈橡胶、增塑剂、增粘剂、乳化剂和成膜助剂。2.根据权利要求1所述的一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂，其特征在于，所述液体丁腈橡胶、增塑剂、增粘剂、乳化剂和成膜助剂的质量比为1：0.02～0.15：0.01～0.3:0.1～0.5:0.01～0.2。3.一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将一定量的液体丁腈橡胶溶解于溶剂中，搅拌一定时间；(2)向步骤(1)的溶液中添加一定量的增塑剂、增粘剂、乳化剂，继续搅拌一定时间；(3)将一定量的去离子水以2
‑
5ml/min的速率缓慢地滴入步骤(2)的混合溶液中，高速搅拌一定时间，使混合物由“油包水型”转相为“水包油型”；(4)滴加完毕后，继续高速搅拌一定时间；(5)将步骤(4)所得到的乳液使用旋转蒸发器除去溶剂；(6)在步骤(5)所得到的乳液中，添加一定比例的成膜助剂，得到上浆剂。4.根据权利要求3所述的一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于，所述液体丁腈橡胶包括端羧基丁腈橡胶、端羟基丁腈橡胶、端胺基丁腈橡胶、端环氧基丁腈橡胶、端乙烯基丁腈橡胶中的一种或几种。5.根据权利要求3所述的一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括丙酮、甲乙酮、三氯甲烷、二氯乙烯、三氯乙烯、乙酸乙酯中的一种或几种。6.根据权利要求3所述的一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于，所述增塑剂包括硬脂酸、磷酸三甲酚酯、磷酸二丁氧基乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、氯化碳酸二丁酯中的一种或几种。7.根据权利要求3所述的一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于，所述增粘剂包括聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜、改性酚醛树脂、乙烯基树脂、环氧树脂中的一种或几种。8.根据权利要求3所述的一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于，所述乳化剂包括聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯、聚山梨酯
‑
80、壬基酚聚氧乙烯醚、苯乙基苯酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚、十二烷基酚聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、聚醚类表面活性剂中的一种或几种。9.根据权利要求3所述的一种适用于橡胶体系的碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于，所述成膜助剂包括苯甲醇、乙二醇、丙二醇、己二醇、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单丙醚、二丙...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄兆贺，张健中，单晓雯，修德欣，宫中昊，王振中，
申请(专利权)人：中石化安全工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。