[发明专利]一种乳液型碳纤维用上浆剂及其制备方法和用途

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用途。

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，应用上述的碳纤维上浆剂上浆后的碳纤维制成的热塑性树脂复合材料（CFRTP），上浆剂过渡连接层中的环氧树脂与碳纤维间的化学键合力作用较强，而与热塑性树脂基体间的化学键合力作用较弱，整体上碳纤维与热塑性树脂基体之间的连接作用也就不强。因而所制成的碳纤维热塑性树脂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。

发明内容

为了克服以现有的碳纤维上浆剂制成的碳纤维复合材料层间剪切强度较小的缺陷，本发明的首要目的在于提供一种乳液型碳纤维用上浆剂，本发明的上浆剂能极大地提高碳纤维复合材料的层间剪切强度，保证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的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的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，其制备原料包括以下质量百分比的成分：

环氧树脂：2-40%

碳酸酯：    1-20%

水：        0-96.5%

表面活性剂：0.5-15%。

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。

所述的碳酸酯是指碳酸（H₂CO₃）分子中两个羟基（-OH）上的氢原子部分或全部被烷基（R、R′）取代后的化合物，其结构如式I或式II所示；所述的碳酸酯优选碳酸二甲酯和/或碳酸二苯酯。

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、式2、式3和式4中，R₁、R₂、R₃为H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，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。

上述的乳液型碳纤维用上浆剂的制备方法，包括以下步骤：

取表面活性剂加入水中，搅匀；再加入环氧树脂、碳酸酯，500-1000r/min下搅拌60-100min；然后在5000-10000r/min下搅拌剪切乳化15-35min；最后在500-1000r/min下搅拌15-25min，得到乳液型碳纤维用上浆剂；

以上的操作均是在40-80℃下进行。

上述的乳液型碳纤维用上浆剂可以用在碳纤维复合材料中，作为过渡层连接碳纤维和树脂基体。

一种碳纤维，含有上述的乳液型碳纤维用上浆剂，乳液型碳纤维用上浆剂的质量为碳纤维总质量的0.1-5%。

一种碳纤维复合材料，含有上述的碳纤维；

所述的碳纤维复合材料优选聚碳酸酯树脂基碳纤维复合材料。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：