[发明专利]一种乳液型碳纤维用上浆剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于碳纤维生产领域，具体涉及一种乳液型碳纤维用上浆剂及其制备方法和应用。

背景技术

在碳纤维增强复合材料中，用于增强的碳纤维和基体树脂之间使用上浆剂作为过渡层，上浆剂既能很好地连接碳纤维，又能很好地连接基体树脂，使碳纤维增强复合材料成为一个整体，具有很强的整体性能。

专利CN1318686C公开了一种碳纤维用上浆剂，该碳纤维用上浆剂含有，（A）分子中至少具有一个环氧基的化合物，（B）具有以铵离子作为对离子的阴离子型表面活性剂，（C）非离子型表面活性剂。

但是，应用上述碳纤维上浆剂上浆后的碳纤维制成的复合材料，由于作为过渡连接层的上浆剂中所含的环氧树脂固化后具有脆性作用，影响了碳纤维与基体树脂的有效结合，所制成的碳纤维环氧树脂基复合材料层间剪切强度较小，对碳纤维复合材料的整体性能造成了极大的不利影响。而且，上述的碳纤维上浆剂的储存和使用稳定性较差，在储存和使用过程中会出现乳液分层、乳液浓度分布不均，甚至过早发生破乳、絮凝、团聚等，上浆剂出现分层、下沉、混浊等现象，无法进行碳纤维上浆，且在使用及输送过程中不能进行较为快速的搅拌，这对碳纤维生产带来了极大的不便，而且对碳纤维及其复合材料的整体性能也带来很大的不利影响。

发明内容

为了克服现有的碳纤维用上浆剂存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种经过增韧改性的乳液型碳纤维用上浆剂，经此上浆剂上浆的碳纤维，在制成碳纤维环氧树脂基复合材料后，碳纤维与基体树脂之间起到界面连接作用的上浆剂层具有极强的韧性，从而使碳纤维与上浆剂间的界面结合力以及上浆剂与基体树脂间的界面结合力均大大增强，碳纤维通过上浆剂过渡连接层与基体树脂有效地结合，形成了一个有机的整体，极大地提高了碳纤维复合材料的层间剪切强度。并且，本发明提供的上浆剂还具备储存和使用稳定性良好的特性，在储存和使用过程中不会出现乳液分层、乳液浓度分布不均现象，且在使用及输送过程中可以进行较为快速的搅拌，确保了上浆剂的性能在储存和使用过程中不发生变化，极大地保证了碳纤维及其复合材料有较高的整体性能。保证了碳纤维复合材料有较高的整体性能。

本发明的另一目的在于提供上述乳液型碳纤维用上浆剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述乳液型碳纤维用上浆剂的用途。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种乳液型碳纤维用上浆剂，含有以下质量百分比的成分：

环氧树脂：  2-40%

水：        0-97%

表面活性剂：0.5-14%

腰果酚：    0.3-12.5%

甲醛：      0.1-1.5%

无机铵盐：  0.1-2.0%。

所述的环氧树脂是指分子中含有至少一个环氧基的化合物，优选双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或酚醛环氧树脂中的一种。

所述的水优选去离子水。

表面活性剂是起到乳化的作用，所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂；

所述的阴离子表面活性剂为有机铵（氨）盐和/或胺类化合物，其含有如式1、式2、式3或式4所示的疏水基团：

式1

式2

式3

式4

式1-4中，R₁、R₂、R₃为氢原子或C1-C3的链状烃基；R₄为2价脂肪族烃基；m是1-3的整数。

所述的非离子表面活性剂为高级醇醚型的聚烯化氧乙烯加成物、高级脂肪酸型的聚烯化氧乙烯加成物、烷基苯基醚型的聚烯化氧乙烯加成物或PO/EO嵌段型聚醚；所述的非离子表面活性剂优选聚氧化乙烯烷基醚、聚氧化乙烯烷基苯醚、聚氧化乙烯脂肪酸酯、聚氧化乙烯脂肪酸氨基醚、多元醇脂肪酸酯、聚氧化乙烯多元醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、醇酰胺或聚氧化烷基嵌段芳聚物。

所述的腰果酚是间位上连接有C15不饱和侧链的单酚和双酚的混合物。

所述的无机铵盐为氯化铵、硫酸铵或硝酸铵；这其中，氯化铵的稳定效果最好，因此所述的无机铵盐优选氯化铵，这是由于氯化铵分子与环氧树脂分子和水分子间的氢键作用、离子键作用较强，有利于两相结合并稳定存在。

上述的乳液型碳纤维用上浆剂的制备方法，包括以下步骤：