一种尼龙用碳纤维上浆剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于上浆剂领域，具体涉及一种尼龙用碳纤维上浆剂及其制备方法和应用。所述尼龙用碳纤维上浆剂的制备方法，主要包括以下步骤：首先，以聚碳酸酯二醇、六亚甲基二异氰酸酯为原料加热反应得到预聚体；然后，向上述预聚体中加入扩链剂和环氧树脂继续恒温反应，再加入POSS

【技术实现步骤摘要】
一种尼龙用碳纤维上浆剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于上浆剂领域，具体涉及一种尼龙用碳纤维上浆剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]碳纤维是增强高分子复合材料的理想材料，拥有低密度、高强度、高模量、耐疲劳、低电阻率、低热膨胀系数、高热传导系数、耐化学腐蚀等一系列的优异特性，在航空航天、能源、医疗器械、电器仪表、风电设备等方面具有广阔的应用前景。当碳纤维作为增强体应用时，其界面性能的优化是关键所在，因此，需要对碳纤维进行表面处理例如电化学改性、上浆处理、氧化处理等，增强界面粘结性。
[0003]在实际应用中以环氧树脂、水性环氧树脂、环氧乙烯基复合树脂、缩水甘油醚酯等作为主要成分的上浆剂对碳纤维上浆处理时，存在正常纤维上浆量条件下集束性差、回弹韧性不足等问题，尤其是在12k以上的碳纤维应用中尤为突出。为了改善碳纤维的集束性和耐热性不足，通常的方法是向水性环氧树脂类乳液上浆剂中额外加入功能助剂，例如专利CN201310433263.7中加入由乙醇胺、烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯环氧基醚和冰乙酸对缩水甘油醚型环氧树脂亲水化改性得到的大分子乳化剂作为助剂，专利CN201510724417.7中加入胺类改性剂和氧化石墨烯作为助剂，但是这会导致乳液的稳定性下降、出现分层以及上浆碳纤维硬化等问题，最终无法满足碳纤维增强复合材料的品质要求。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术存在的不足之处，本专利技术提供了一种尼龙用碳纤维上浆剂，可以有效改善碳纤维与尼龙基体之间的界面结合能力，从而提高碳纤维增强尼龙复合材料的机械性能。本专利技术的尼龙用碳纤维上浆剂以水作为溶剂，避免使用有机溶剂，环境污染小，对人体伤害低。本专利技术还提供了上述尼龙用碳纤维上浆剂的制备方法和应用。
[0005]本专利技术的专利技术构思以及采用的技术方案如下：
[0006]由于碳纤维表面能低，与尼龙基体的浸润性差、界面结合弱，影响载荷在尼龙与碳纤维之间的分散和有效传递，导致直接使用碳纤维增强尼龙复合材料的机械性能远未达到理论值。
[0007]因此，本专利技术利用改性聚氨酯与尼龙基体结构的相似性，通过在碳纤维表面上浆改性聚氨酯，从而在碳纤维和尼龙基体之间形成良好的界面层，基于相似相容原理，改善二者之间的相容性，提高碳纤维和尼龙界面结合力，进一步提高碳纤维增强尼龙复合材料的机械性能。
[0008]此外，采用尼龙用上浆剂对碳纤维进行上浆处理后，碳纤维的集束性提高，避免了加工过程中因摩擦、弯折等导致碳纤维出现断丝和毛丝，对碳纤维形成有效保护，使其更便于加工。
[0009]一种尼龙用碳纤维上浆剂的制备方法，包含以下步骤：
[0010](1)将聚碳酸酯二醇、六亚甲基二异氰酸酯和催化剂混合，氮气气氛下加热反应，得到预聚体；
[0011](2)向上述预聚体中加入扩链剂N,N'
‑
双(2
‑
羟乙基)草酰胺和环氧树脂混合，继续反应；再加入POSS
‑
八羟基丙基二甲基硅基与乳化剂T
‑
20，升温反应，冷却至室温，得到改性聚氨酯；
[0012](3)取上述改性聚氨酯、调节剂三乙醇胺与水混合，搅拌，得到所述尼龙用碳纤维上浆剂。
[0013]首先，本专利技术以聚碳酸酯二醇、六亚甲基二异氰酸酯为原料在催化剂作用下合成预聚体，其中采用六亚甲基二异氰酸酯可以在预聚体中引入与尼龙PA66相似的结构单元，有利于增加改性聚氨酯与尼龙之间的相容性。
[0014]其次，本专利技术优选N,N'
‑
双(2
‑
羟乙基)草酰胺作为扩链剂，可以在聚氨酯分子中引入丰富的亲水基团，有利于增加改性聚氨酯的水溶性；而加入的环氧树脂可以与预聚体发生接枝反应，有利于增加聚氨酯在水中的稳定性，避免上浆剂出现分层或沉淀析出。
[0015]最后，本专利技术在改性聚氨酯的制备过程中还加入了POSS
‑
八羟基丙基二甲基硅基，通过其结构外围含有的羟基参与反应，从而将笼型的POSS结构引入聚氨酯分子主链中，这种笼型的POSS结构能够限制聚氨酯链段的运动，并基于笼型结构的规整对称性增强微相分离，提高聚氨酯的热分解温度，实现改善聚氨酯热稳定性、提高耐热性的目的；同时还加入了乳化剂T
‑
20，其作为多羟基乳化剂不仅起到封端终止聚合反应的作用，还有利于改性聚氨酯在后续过程中加水自乳化，得到稳定的上浆剂。三乙醇胺起到调节和稳定乳液的作用。
[0016]优选的，一种尼龙用碳纤维上浆剂的制备方法，包含以下步骤：
[0017](1)将800
‑
1000重量份聚碳酸酯二醇、300
‑
500重量份六亚甲基二异氰酸酯和10
‑
20重量份催化剂混合，在氮气气氛下加热至75
‑
80℃搅拌反应2
‑
3h，得到预聚体；
[0018](2)向上述预聚体中加入100
‑
150重量份扩链剂N,N'
‑
双(2
‑
羟乙基)草酰胺和150
‑
200重量份环氧树脂混合，继续恒温搅拌反应2
‑
3h；再加入150
‑
180重量份POSS
‑
八羟基丙基二甲基硅基与130
‑
150重量份乳化剂T
‑
20，升温至85
‑
90℃搅拌反应1
‑
2h，冷却至室温，得到改性聚氨酯；
[0019](3)取30
‑
40重量份上述改性聚氨酯、3
‑
6重量份调节剂三乙醇胺与950
‑
1000重量份水混合，在室温下搅拌反应30
‑
50min，得到所述尼龙用碳纤维上浆剂。
[0020]优选的，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺、乙二醇锑中至少一种。
[0021]其中，聚碳酸酯二醇，数均分子量为1000。
[0022]其中，POSS
‑
八羟基丙基二甲基硅基，CAS：288290
‑
32
‑
4，结构式如下：
[0023][0024]其中，乳化剂T
‑
20，即聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯，CAS：9005
‑
64
‑
5，结构式如下：
[0025][0026]本专利技术还提供了上述尼龙用碳纤维上浆剂的应用，具体应用方法如下：
[0027]将碳纤维置于尼龙用碳纤维上浆剂中浸渍走丝，速度为10
‑
20m/min，在150
‑
200℃下干燥，得到上浆后碳纤维；
[0028]将上浆后碳纤维切段至每段5
‑
8mm，然后与尼龙进行混合，通过双螺杆挤出机进行挤出造粒，得到尼龙复合材料。其中，碳纤维重量分数含量占10
‑
20wt本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种尼龙用碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：(1)将聚碳酸酯二醇、六亚甲基二异氰酸酯和催化剂混合，加热反应，得到预聚体；(2)向步骤(1)得到的预聚体中加入扩链剂和环氧树脂混合，继续恒温反应；再加入POSS
‑
八羟基丙基二甲基硅基与乳化剂T
‑
20，升温反应，冷却至室温，得到改性聚氨酯；(3)取步骤(2)得到的改性聚氨酯、调节剂与水混合，搅拌，得到所述尼龙用碳纤维上浆剂。2.如权利要求1所述的一种尼龙用碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺、乙二醇锑中至少一种。3.如权利要求1所述的一种尼龙用碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于：所述扩链剂为N,N'
‑
双(2
‑
羟乙基)草酰胺。4.如权利要求1所述的一种尼龙用碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。5.如权利要求1所述的一种尼龙用碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于：所述调节剂为三乙醇胺。6.如权利要求1所述的一种尼龙用碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)具体为：将800
‑
1000重量份聚碳酸酯二醇、300
‑
500重量份六亚甲基二异氰酸酯和10
‑
20重量份催化剂混合，在氮气气氛下加热至75
‑
80℃搅拌反应2
‑
3h，得到预聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：包春晓，
申请(专利权)人：上海卡苯新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：