一种水性环氧上浆剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种水性环氧上浆剂及其制备方法和应用，其解决了现有技术中复合材料界面剪切强度不高的技术问题，其含有如下质量份数比的组分：

【技术实现步骤摘要】
一种水性环氧上浆剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种碳纤维复合材料上浆剂及其制备方法和应用，具体地说，涉及一种水性环氧上浆剂及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]碳纤维增强环氧树脂复合材料因具有轻质
、
高强等优异性能被广泛应用于航空航天
、
交通运输
、
民用建筑和运动器械等众多领域
。
碳纤维的高性能的发挥取决于纤维与基体间的良好的界面性能，然而碳纤维与树脂基体热膨胀系数和模量的不匹配，导致界面处残余应力和应力集中的产生，进而导致界面脱粘
、
基体断裂等复合材料失效行为，大部分的研究主要聚焦解决碳纤维与基体间模量差异的问题，往往忽视了残余应力的解决
。
而常见的缓解界面残余应力的方法是在碳纤维表面引入柔性链段，柔性层链段，通过界面层的塑性形变来吸收残余应力，而柔性链段的引入又会降低界面模量，进而影响复合材料的界面性能
。
因此，需要通过合理设计界面相的微观结构，同时缓解碳纤维与基体间残余应力以及模量差异，以提高界面相的有效载荷传递，来提高复合材料界面性能
。
[0003]公开号为
CN106068346A
的中国专利申请公开了一种涂上浆剂增强纤维
、
涂上浆剂增强纤维的制造方法
、
预浸料坯及纤维增强复合材料，其在增强纤维上涂布含有聚轮烷的上浆剂而成的涂上浆剂增强纤维
。
[0004]该专利申请中的上浆剂及涂上浆剂增强纤维主要存在如下问题：
[0005]将分子量为
15000
至
30000
的聚轮烷加入至上浆剂中，使用该涂上浆剂增强纤维与基体树脂制成复合材料时，由环状分子在直链状分子上滑动而产生的聚轮烷的滑轮效应得到有效发挥，从而可提高纤维增强复合材料的韧性，但是带来界面粘结强度的下降，复合材料的界面剪切强度只维持在
33
～
41MPa
，此种方法无法兼顾粘结强度与韧性
。

技术实现思路

[0006]本专利技术就是为了解决现有技术中复合材料界面剪切强度不高的技术问题，提供一种在释放残余应力的同时兼顾界面粘结强度的水性环氧上浆剂及其制备方法和应用
。
[0007]为此，本专利技术提供一种水性环氧上浆剂，其含有如下质量份数比的组分：
20
～0份改性环氧树脂
、0
～
20
份聚轮烷和
80
份去离子水，所述改性环氧树脂和所述聚轮烷不同时为0份
。
[0008]本专利技术同时提供一种水性环氧上浆剂的制备方法，其包括如下步骤：
[0009](1)
改性环氧树脂的制备：将环氧树脂
、
聚醚置于单口烧瓶中，加入二氯甲烷作为溶剂，室温下搅拌
,
离心，取上层清液冷干，制得改性性环氧树脂
。
因碳纤维在制备过程中高度石墨化，导致其表面呈现惰性，活性位点少与环氧树脂基体的粘结作用弱
。
而改性环氧树脂通过水性化的方式制备成上浆剂涂敷在碳纤维表面起到提高碳纤维与树脂基体间的粘结作用以及使纤维具有集束性；
(2)
聚轮烷的制备：
(2.1)
穿环：取环糊精置于烧杯中，加入去离子水，在室温下搅拌，直至其完全溶解后，加入聚醚，搅拌后静置离心，将沉淀置于真空
[0026]将
E51
环氧树脂
、
聚醚胺
D400
按照质量比5：1置于单口烧瓶中，加入
60ml
二氯甲烷作为溶剂，在室温下
300r/min
搅拌
36h,
离心取上层清液冷干制得改性环氧树脂
。
[0027]穿环：取
β
‑
环糊精置于烧杯中，加入去离子水在室温下搅拌直至其完全溶解后加入聚醚，
β
‑
环糊精与聚醚胺
D400
质量比为2：1，搅拌
24h
后静置离心，将沉淀置于
100℃
的真空干燥箱中干燥
12h
，得穿环产物
。
[0028]封端：取上一步穿环产物于锥形瓶中，加入
β
‑
环糊精醛将其封端制备聚轮烷
。
[0029]改性：取制备的聚轮烷，将
β
‑
环糊精进行醛化化学改性
。
[0030]将改性环氧树脂
、
改性聚轮烷加入到去离子水中搅拌溶解制得上浆剂，改性环氧树脂
、
改性聚轮烷以及去离子水质量份数比为
20
：0：
80。
[0031]实施例2[0032]将
E51
环氧树脂
、
聚醚胺
D400
按照质量比5：2置于单口烧瓶中，加入
75ml
二氯甲烷作为溶剂，在室温下
450r/min
搅拌
36h,
离心取上层清液冷干制得改性环氧树脂
。
[0033]穿环：取
β
‑
环糊精置于烧杯中，加入去离子水在室温下搅拌直至其完全溶解后加入聚醚，
β
‑
环糊精与聚醚胺
D400
质量比为2：2，搅拌
24h
后静置离心，将沉淀置于
100℃
的真空干燥箱中干燥
12h
，得穿环产物
。
[0034]封端：取上一步穿环产物于锥形瓶中，加入
β
‑
环糊精醛将其封端制备聚轮烷
。
[0035]改性：取制备的聚轮烷，将
β
‑
环糊精进行醛化化学改性
。
[0036]将改性环氧树脂
、
改性聚轮烷加入到去离子水中搅拌溶解制得上浆剂，改性环氧树脂
、
改性聚轮烷以及去离子水质量份数比为
10
：
10
：
80。
[0037]实施例3[0038]将
E51
环氧树脂
、
聚醚胺
D400
按照质量比5：3置于单口烧瓶中，加入
90ml
二氯甲烷作为溶剂，在室温下
600r/min
搅拌
36h,
离心取上层清液冷干制得改性环氧树脂
。
[0039]穿环：取
β
‑
环糊精置于烧杯中，加入去离子水在室温下搅拌直至其完全溶解后加入聚醚，
β
‑
环糊精与聚醚胺
D400
质量比为2：3，搅拌
24h
后静置离心，将沉淀置于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种水性环氧上浆剂，其特征是，含有如下质量份数比的组分：
20
～0份改性环氧树脂
、0
～
20
份聚轮烷和
80
份去离子水
,
所述改性环氧树脂和所述聚轮烷不同时为0份
。2.
如权利要求1所述的水性环氧上浆剂的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
(1)
改性环氧树脂的制备：将环氧树脂
、
聚醚混合，加入二氯甲烷作为溶剂，室温下搅拌
,
离心，取上层清液冷干，制得改性环氧树脂；
(2)
聚轮烷的制备：
(2.1)
穿环：取环糊精置于烧杯中，加入去离子水，在室温下搅拌，直至其完全溶解后，加入聚醚，搅拌后静置离心，将沉淀置于真空干燥箱中干燥，得穿环产物；
(2.2)
封端：取所述步骤
(2.1)
中得到的穿环产物，加入封端剂，将其封端制备聚轮烷；
(2.3)
改性：取所述步骤
(2.2)
制备的聚轮烷，将其进行功能化化学改性；
(3)
将所述步骤
(1)
中制得的改性环氧树脂
20
～0质量份和所述步骤
(2)
中制得的聚轮烷0～
20
质量份，加入到
80
质量份的去离子水中，搅拌溶解，制得上浆剂
。3.
根据权利要求2所述的水性环氧上浆剂的制备方法，其特征在于，所述步骤
(1)
中，所述环氧树脂为缩水甘油醚
、
缩水甘油酯及缩水甘油胺中的一种或多种
。4.
根据权利要求2所述的水性环氧上浆剂的制备方法，其特征在于，所述步骤
(1)
中，所述聚醚为聚乙二醇
PEG1000、PEG2000、PEG4000...

【专利技术属性】
技术研发人员：于运花，马龙，邓桢，龙建林，任璐遥，李刚，杨小平，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：