[发明专利]高性能非硅碳纤维原丝油剂

说明书

技术领域

本发明涉及高性能非硅碳纤维原丝油剂。

背景技术

碳纤维因具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变及良好的导电、导热和传热性能而成为高性能增强材料，广泛应用于航空航天器、交通运输工具、体育用品和医疗器材等领域。碳纤维制造条件十分苛刻，在成为碳纤维前，原丝要经历200～300℃的预氧化、300℃以上的碳化以及800℃以上的高温碳化等过程，因此原丝用油剂不仅应具备常规油剂的特性，赋予纤维平滑性、抗静电性和集束性，还应使原丝具有足够的耐高温性、分纤性和防融着性，以便在预氧化和低温碳化过程中避免单丝之间因局部过热而发生黏连或并丝，从而减少表面缺陷，得到高质量的碳纤维。

近年国内碳纤维发展非常迅猛，生产的碳纤维主要以普通民用为主，所用油剂全部依赖进口，国内还没有生产碳纤维专用原丝油剂的厂家，油剂的研制工作才刚开始，且进展缓慢。

碳纤维原丝油剂主要分为二大类：一类是以高粘度改性氨基硅油为主的有机硅油剂；另一类是以长链脂肪酸与多元醇的聚酯和长链脂肪酰胺的环氧乙烷加成物等为主要组分的非硅油剂。目前国内生产的碳纤维所用油剂都为有机硅油剂，它存在着如下缺点：由于硅油不溶于水，而纤维是以乳液形式上油，所以有机硅油剂稳定性较差，其次，硅油乳液上到原丝后，在碳化高温过程中，硅油会分解成二氧化硅粉尘，吸附在碳纤维上，影响碳纤维质量，同时二氧化硅粉尘会堵塞炭化炉出风口。另外，在纤维上油时，油剂会浸润到纤维内部，在高温碳化时也会产生二氧化硅粉尘，影响纤维的强度。国际上生产碳纤维质量最好的是日本公司，其中日本能生产T-1000以上的高强度碳纤维只有东丽一家，其所用油剂为非硅油类碳纤维原丝油剂，因生产技术难度较高，世界上只有日本少数几家能生产非硅油类的碳纤维原丝油剂，国内还未见此类油剂的报道。

经专利检索，日本三菱人造丝公司的酰胺类化合物的烷氧基附加物与双酚A化合物的混合油剂，专利号为JK.平9-78340，B为二乙烯三胺1摩尔和硬脂酸2摩尔反应而得酰胺化合物的乙烯氧化物10摩尔附加物；C为将己二酸1摩尔和聚氧乙烯(2)双酚A单月酯2桂酸摩尔，在200-220℃反应5小时而得到的酯化物。将60(重量)份C和40(重量)份B混合后，分散于水中乳化而得油剂。日本松本油脂制药公司的碳纤维用原丝油剂组成物，专利号为JK.平8-260254，B为二乙烯三胺1摩尔和硬脂酸2摩尔反应而得酰胺化合物的乙烯氧化物10摩尔附加物；D为在乙二酸1.5摩尔和固化蓖麻油酯的聚氧乙烯20摩尔附加物(酸值30)中，将油酸二乙醇酰胺0.8摩尔反应而得的末端酰胺化合物。将30(重量)份B和70(重量)份D混合后得到在水中均一分散的浮液。碳纤维原丝用油剂，首先配制成20-40％高浓度乳液的原油形式，在使用之前用纯水分散成含原油1-5％(重量)的乳液形式。经此油剂乳液处理过的碳纤维原丝，加工性能良好，纤维品质优良。

虽然日本三菱人造丝公司的酰胺类化合物的烷氧基附加物与双酚A化合物的混合油剂和日本松本油脂制药公司的碳纤维用原丝油剂，在碳纤维生产过程虽有许多优点，但现有技术存在着一个共同的问题：油剂复配困难，原油配制成1-5％(重量)的乳液后，在碳纤维上油过程中，存在着乳液稳定性差问题，原丝制造过程中易产生毛丝、断头，原丝预氧化过程中有熔着粘连发生，严重影响碳纤维强度。

发明内容

本发明所要解决的是现有技术中存在的原油油剂产生的原丝预氧化过程中熔着粘连的问题。提供一种高性能非硅碳纤维原丝油剂，该油剂具有防止原丝预氧化过程中熔着粘连的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：高性能非硅碳纤维原丝油剂，以重量份数计表示：

乳化剂，10-20份；

组分a，40-60份；

组分b，20-40份；

组分a的制备步骤包括：二乙烯三胺和R₁COOH反应得到酰胺，然后所述酰胺与环氧乙烷进行乙氧基化反应得到所述组分a；其中R₁为C₁₄～C₁₈的脂肪烃基，二乙烯三胺:R₁COOH:环氧乙烷的摩尔比为1：(1.8～2.2)：(9～11)；

组分b具有式(I)所示的结构：