[发明专利]一种低接触角碳纤维用乳液上浆剂及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种低接触角碳纤维用乳液上浆剂，包括主剂与去离子水，主剂与去离子水质量比为(35:65)～(50:50)，所述的主剂由以下组成：采用本发明的碳纤维用乳液上浆剂上浆后的碳纤维与基体树脂接触角小，提高了基体树脂浸润速度和吸附能力，复合材料界面结合强度高；上浆后的碳纤维集束性、分捻性等工艺性能优异，可满足纤维后续加工要求；本发明还公开了上述碳纤维用乳液上浆剂的制备方法和使用方法。

技术领域

本发明属于碳纤维化工领域，具体涉及一种低接触角碳纤维用乳液上浆剂及其制备和应用。

背景技术

随着航空航天及武器装备领域性能要求的不断提高，高性能碳纤维以其高比强度、高比模量、耐高温等优异特性，提供了结构复合材料所需的轻质高强、耐腐蚀、耐久性等核心性能。在碳纤维复合材料的成型过程中，上浆后碳纤维的各项性能指标对所制备复合材料的性能及其稳定性有重要影响，进而决定了复合材料的可应用范围。

碳纤维与基体树脂的接触角决定了制备复合材料的难易程度和界面结合能力的强弱。碳纤维与基体树脂的接触角越小，制备复合材料时基体树脂浸润速度越快，使制备工艺更简便、快捷、经济且具有选择性；同时碳纤维吸附树脂能力更好，两相界面间的结合强度更高。一种具有优良应用性能的上浆碳纤维，基体树脂在其表面能够迅速良好的浸润和铺展，同时能够与基体树脂有产生牢固的粘结效果，具有较高的层间剪切强度。专利CN102206919A、CN102828416A分别公开了以环氧树脂为主成分，辅之以表面活性剂、各种其他添加助剂(石墨烯、无机铵盐)等组成的碳纤维用乳液型上浆剂，所制备的乳液上浆剂可以改善上浆后碳纤维的集束性、扩幅性等工艺性能，但其中添加的多种助剂不利于上浆碳纤维和复合材料基体树脂的匹配性和相容性。

发明内容

针对上述的问题，本发明提供一种由芳香族聚酯多元醇、双酚A环氧树脂和非离子表面活性剂等作为主成分的碳纤维用乳液上浆剂，以及相应的制备、使用方法。所述的碳纤维用乳液上浆剂可改善上浆后碳纤维与基体树脂的接触角，其制备和使用过程无任何有机溶剂。

具体而言，本发明提供了一种碳纤维用乳液上浆剂，包括主剂与去离子水，主剂与去离子水质量比为(35:65)～(50:50)，所述的主剂由以下组成：

优选，所述的芳香族聚酯多元醇，可以用式(I)表示：

其中，R₁₄选自下列的一种或多种：含有1～12个碳原子的二价饱和或不饱和的脂肪族基团、含有6～10个碳原子的二价芳香族基团；R₁₅选自下列的一种或多种：含有2～12个碳原子的二价饱和或不饱和的脂肪族基团、含有6～10个碳原子的二价芳香族基团，且R₁₄和R₁₅不能同时为脂肪族基团。所述的芳香族聚酯多元醇可以为饱和/不饱和脂肪族二元酸或其衍生物，芳香族二元酸或其衍生物与饱和/不饱和脂肪族二元醇或其衍生物，芳香族二元醇或其衍生物制得。本发明对芳香族聚酯多元醇的制备方法没有特别的限制。

更优选，所述芳香族聚酯多元醇，选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸乙二醇酯、聚间苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚邻苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚邻苯二甲酸丁二醇酯。最优选，所述芳香族聚酯多元醇，选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯。

更优选，所述的芳香族聚酯多元醇，可以为上述聚酯多元醇的一种或几种的混合物。

优选，所述芳香族聚酯多元醇的聚合度n范围为1～25，更优选为4～12。

优选，所述聚酯多元醇的酸值，小于等于5mg KOH/g。

优选，所述双酚A环氧树脂分子量范围为250～3500，更优选300～1500。