[发明专利]一种用于碳纤维的纳米水性环氧树脂上浆剂的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种用于碳纤维的纳米水性环氧树脂上浆剂的制备方法。

背景技术：

环氧树脂每个分子中含有两个或两个以上的环氧基团，环氧基团是由一个氧原子和两个碳原子形成的单元环，具有高度的活性，可与多种活性氢的物质，如胺、酰胺、酚等发生化学交联反应。环氧树脂是一类重要的热固性树脂，具有优异的粘接性能和防腐性能，再通过促进剂、改性剂、添加剂等的配合，从而获得各种性能和特色的环氧固化体系和固化物，几乎能适应和满足各种不同领域使用性能和工艺性能的要求，应用范围广泛。

在纺织领域，环氧树脂被广泛应用于制备碳纤维增强树脂复合材料。碳纤维复合材料具有质量轻、强度高、模量高等一系列优良特性，但是表面处理后的碳纤维伸长变形能力小且显脆性，在加工过程中容易造成碳纤维起毛、单丝断裂等现象，导致碳纤维的强度降低。因此必须对碳纤维进行上浆处理，防止毛丝的存在和对工作环境产生的影响。

中国专利CN 101736593B(公开日2010.6.16)公开的一种碳纤维用水性环氧树脂上浆剂的制备方法，将稀释的水性环氧树脂乳液与水溶性环氧树脂固化剂混合，再添加助剂得到碳纤维用水性环氧树脂上浆剂，该上浆剂的性能好，对碳纤维的增强作用好，具有较好的集束性、光滑度、柔韧性，而且与国外的乳液型上浆剂相比成本低，且比国内的乳液型上浆剂性能好。

但是环氧树脂作为交联密度比较高的热固性材料，其裂纹扩展属于典型的脆性扩展，固化后存在任性不足，耐冲击性较差和容易开裂等缺点，特别是低分子量环氧树脂的脆性、耐冲击性能很差，限制了环氧树脂在某些高新技术领域的应用。

纳米二氧化硅为无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的非金属功能材料，纳米二氧化硅具有较大的比表面积，存在表面缺陷、非配对原子和羟基等，能与聚合物发生物理或化学结合的可能性较大，所以可以用来增强聚合物基体的界面结合，提高聚合物的承载能力，从而达到增强增韧聚合物的目的。

中国专利CN 100348665C(公开日2006.10.11)公开的尼龙6/环氧树脂/二氧化硅纳米复合材料的原位聚合制备方法，将环氧树脂和硅酸酯在钛酸酯类催化剂作用下，使硅酸酯与环氧树脂的羟基反应，然后加入溶剂水解得到尼龙6/环氧树脂/二氧化硅纳米复合材料，该环氧树脂的表面接枝纳米二氧化硅溶胶，起到起到二相的界面作用，从而提高尼龙复合材料的抗冲击性能。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种用于碳纤维的新型纳米水性环氧树脂上浆剂的制备方法，将水洗改性的环氧树脂与纳米二氧化硅溶胶相结合，并添加芳香胺类固化剂、抗氧化剂和有机溶剂，得到用于碳纤维的纳米水性环氧树脂上浆剂。该方法制备的米水性环氧树脂上浆剂的制备工艺简单，上浆剂的上浆性能优异，性能稳定，韧性增强，特别适合于碳纤维的上浆工艺。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种用于碳纤维的新型纳米水性环氧树脂上浆剂的制备方法，其特征在于，所述用于碳纤维的纳米水性环氧树脂上浆剂的组分按重量份计，包括：水性环氧树脂20-40份、纳米二氧化硅溶胶1-8份、芳香胺类固化剂3-8份、芳香胺类抗氧化剂0.5-3份和有机溶剂0-30份。

优选地，所述用于碳纤维的纳米水性环氧树脂上浆剂的组分按重量份计，包括：水性环氧树脂25-35份、纳米二氧化硅溶胶3-7份、芳香胺类固化剂4-7份、芳香胺类抗氧化剂0.5-2份和有机溶剂0-30份。

本发明还提供一种用于碳纤维的纳米水性环氧树脂上浆剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)按重量份计，将1份的环氧树脂溶于5-8份的乙醇溶剂中，加热搅拌至环氧树脂完全溶解，然后以3-5滴/min的速率缓慢滴加0.5-0.9份的二甘醇胺溶液，快速搅拌得到改性的环氧树脂；

(2)按重量份计，将1份的步骤(1)制备的改性的环氧树脂中的乙醇去除，以10-15滴/min滴加0.3-0.7份的冰醋酸，恒温搅拌，得到水性环氧树脂；

(3)按体积份计，将1份的正硅酸乙酯和10-13份的乙醇搅拌均匀后，调节pH至弱碱性，加热搅拌，缓慢滴加8-10份的乙醇水溶液，恒温搅拌反应，自然冷却至室温得到纳米二氧化硅溶胶；

(4)将步骤(2)制备的水性环氧树脂中缓慢加入蒸馏水稀释，加热至90-100℃使水性环氧树脂活化，然后加入步骤(3)制备的纳米二氧化硅溶胶，加热至150-160℃搅拌反应，得到纳米二氧化硅改性的水性环氧树脂；