【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳纤维材料领域，具体涉及一种碳纤维上浆剂、制备方法及其应用。
技术介绍
1、碳纤维增强环氧树脂基复合材料因其具有轻质、优异的力学性能以及耐腐蚀性能等优势，被广泛应用在航空航天、铁路、汽车和风力发电等多个领域。但由于碳纤维光滑的石墨表面和稳定的非极性结构，从而导致树脂基体与碳纤维的界面结合较差，因此改性碳纤维，改善纤维与基体之间的界面结合效果受到人们的广泛研究。
2、针对碳纤维表面的改性，增强纤维与基体之间的界面附着力，提出了很多策略，包括电化学氧化、等离子体处理、化学接枝、上浆等，其中上浆是一种既经济高效又可控的方法，在纤维表面上浆不仅可以改善纤维表面的润湿性，通过“桥状”连接强化界面相互作用，还可以引入官能团，在界面处提供良好的化学键合，同时又不会对碳纤维造成损害。
3、参见公开号为cn106592242a的专利公开了一种采用不饱和酸改性环氧树脂类的碳纤维上浆剂，其具备良好的通用性，能够和环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂等具有良好的界面结合强度，但该类树脂难溶于水，黏度高，极性大，只能采用溶剂溶解法进行应用，安全性和环保性不佳。
4、参见公开号为cn1271276c的专利公开了一种纳米sio2改性碳纤维乳液上浆剂的制备方法，通过在环氧树脂中加入二氧化硅达到对环氧树脂改性的目的，把改性后的环氧树脂作为主体进行乳化，得到纳米sio2改性的碳纤维乳液上浆剂，但纳米粒子容易团聚，影响上浆剂的贮存稳定性，不利于上浆剂的均匀铺展。
5、参见公开号为cn110205809a的
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的是提供一种碳纤维上浆剂，特别是一种分散性强、富含极性官能团的碳纤维上浆剂。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种碳纤维上浆剂，其包含固体颗粒和溶剂，所述的固体颗粒包含碳量子点及其衍生物中的一种或多种。
4、所述的固体颗粒能够键合碳纤维和基体树脂，降低碳纤维与树脂间的键合强度，提高复合材料的力学强度。所述的碳量子点又称碳点或碳纳米点，是一类具有显零维碳纳米材料，它由超细的、分散的、准球形、尺寸低于10nm的碳纳米颗粒组成，具有溶解度好、易于表面修饰、成本低廉、稳定等优点。此外，所述的碳量子点具备较小的粒径，能够较佳的分散在溶剂中。所述的衍生物是在碳量子点表面进行修饰，接枝物质，使得衍生物表面富含基团，能与碳纤维发生强烈的粘附作用，能够增韧复合材料。
5、所述的溶剂用于分散固体颗粒，在制备复合材料时，能使固体颗粒能够均匀分散在碳纤维上。
6、上述技术方案优选地，所述的固体颗粒的含量为20～40wt.％，以获得较高的上浆率，若是所述的固体颗粒含量较低，碳纤维的上浆率较低，在制备复合材料时，易造成碳纤维和基体树脂粘结不充分，导致材料力学性能降低，韧性不佳；若是所述的固体含量较多时，复合材料力学性能未显著提升。
7、进一步优选地，所述的固体颗粒的含量为25～35wt.％。
8、上述技术方案优选地，所述的溶剂选自去离子水、乙醇、甲醇、乙二醇、乙酸乙酯、乙腈、四氢呋喃、氮甲基吡咯烷酮、n-n二甲基甲酰胺、n-n二甲基乙酰胺、二甲基亚砜。
9、进一步优选地，所述的溶剂为去离子水。
10、本专利技术的另一个目的是提供一种制备碳纤维上浆剂的方法。
11、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
12、一种制备碳纤维上浆剂的方法，包括：
13、s1：将碳源、溶剂、修饰剂a按重量比0.8～1.2:2.5～3.5:0.05～0.2混合获得溶液，
14、s2：对溶液进行微波反应，获得碳量子点混合液，
15、s3：在混合液中加入修饰剂b，混合液、修饰剂b的重量比1：1.8～2.2，并在高温高压下反应获得上浆剂。
16、上述技术方案优选地，所述的碳源选自柠檬酸、葡萄糖、壳聚糖、果糖、葡萄糖一酸、葡萄糖二酸、石墨、富勒烯、煤炭、碳纳米管、生物质碳源中的一种或多种。所述的碳源为碳量子点的前驱体，为了能与各修饰剂充分反应，所述的碳源包含较多的极性基团。
17、进一步优选地，所述的碳源选自柠檬酸、葡萄糖、壳聚糖中的一种或多种，以提高混合液的均一性。
18、上述技术方案优选地，所述的修饰剂a为含有n、s、p、b元素中一种或多种的化合物，选自乙二胺、尿素、对氨基水杨酸、甘氨酸、n-氨乙基哌嗪、二苯氨基脲、三聚氰胺、硫脲、硫醇、亚磷酸酯、硼酸，为了键合修饰剂b，增加上浆剂的附着均匀度和上浆率，降低碳纤维与基体树脂的界面作用，加入修饰剂a对碳量子点进行修饰。
19、进一步优选地，所述的修饰剂a为硫脲，可以键合碳纤维和基体树脂，获得较佳的粘附性，便于上浆剂粘附碳纤维和基体树脂，提高组合物的力学性能。
20、上述技术方案优选地，所述的修饰剂b为含有活性端基，如羟基、羧基、氨基等的热塑性树脂，选自聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃、聚四氢呋喃醚二醇、双端羟基脂肪族聚酯、聚丙烯酸丁酯、聚氨酯中的一种或多种。
21、进一步优选地，所述的修饰剂b为聚丙烯酸丁酯、聚氨酯中的一种或多种，以兼顾与其他组分的键合性，以及所合成固体颗粒的粒径、分散性。
22、上述技术方案优选地，所述的碳源：溶剂：修饰剂a按重量比1:3:0.05～0.2混合。
23、上述技术方案优选地，在s1中：碳源、溶剂、修饰剂a在室温下均匀混合0.5-1.5hr，以获得均匀溶液；
24、在s2中：微波反应5-15min，以均匀分散碳点；
25、在s3中：混合液中、修饰剂b在室温下搅拌20-40min，随后在160℃-200℃温度下停留1-2hr，随后降至常温，使得碳量子点和修饰剂b能够充分反应。高温时混合液蒸发为气体可以在密闭环形下形成高压。
26、本专利技术的另一个目的是提供一种碳纤维环氧树脂组合物，特别是一种力学性能优越、韧性佳的碳纤维环氧树脂组合物。
27、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
28、一种碳纤维环氧树脂组合物，其包含以下组分：
29、环氧树脂100重量份；
30、固化剂1～10重量份；
31、碳纤维10～30重量份；
32、碳纤维上浆剂10～30重量份。
33、上述技术方案优选地，所述的环氧树脂为基体树脂，分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳纤维上浆剂，其特征在于：其包含固体颗粒和溶剂，所述的固体颗粒包含碳量子点及其衍生物中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的碳纤维上浆剂，其特征在于：所述的固体颗粒的含量为20～40wt.％。
3.根据权利要求1所述的碳纤维上浆剂，其特征在于：所述的溶剂选自去离子水、乙醇、甲醇、乙二醇、乙酸乙酯、乙腈、四氢呋喃、氮甲基吡咯烷酮、N-N二甲基甲酰胺、N-N二甲基乙酰胺、二甲基亚砜。
4.一种制备权利要求1至3中任意一项权利要求所述的碳纤维上浆剂的方法，其特征在于：包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的碳源选自柠檬酸、葡萄糖、壳聚糖、果糖、葡萄糖一酸、葡萄糖二酸、石墨、富勒烯、煤炭、碳纳米管、生物质碳源中的一种或多种，和/或
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
7.一种碳纤维环氧树脂组合物，其特征在于：其包含以下组分：
8.根据权利要求7所述的碳纤维环氧树脂组合物，其特征在于：所述的环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、二酚基丙烷型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油
9.根据权利要求8所述的碳纤维环氧树脂组合物，其特征在于：所述的碳纤维环氧树脂组合物由以下方法制备，包括：
10.根据权利要求9所述的碳纤维环氧树脂组合物，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种碳纤维上浆剂，其特征在于：其包含固体颗粒和溶剂，所述的固体颗粒包含碳量子点及其衍生物中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的碳纤维上浆剂，其特征在于：所述的固体颗粒的含量为20～40wt.％。
3.根据权利要求1所述的碳纤维上浆剂，其特征在于：所述的溶剂选自去离子水、乙醇、甲醇、乙二醇、乙酸乙酯、乙腈、四氢呋喃、氮甲基吡咯烷酮、n-n二甲基甲酰胺、n-n二甲基乙酰胺、二甲基亚砜。
4.一种制备权利要求1至3中任意一项权利要求所述的碳纤维上浆剂的方法，其特征在于：包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的碳源选自柠檬酸、葡萄糖、壳聚糖、果糖、葡萄糖一酸、葡萄糖二酸、石墨、富勒烯、煤炭...
【专利技术属性】
技术研发人员：郎鸣华，施刘生，刘成，唐许，黄献中，张继维，
申请(专利权)人：江苏澳盛复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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