[发明专利]一种改性环氧树脂大丝束通用型碳纤维上浆剂、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种改性环氧树脂大丝束通用型碳纤维上浆剂、制备方法及其应用，该碳纤维上浆剂的组分包括：双酚A型环氧树脂、双端基均为羧基的脂肪族二元单不饱和酸、邻苯二甲酸酯类非活性稀释剂、对苯二酚类阻聚剂和咪唑类催化剂。该碳纤维上浆剂适用于一般工业用48K及以上大丝束碳纤维的上浆，反应产物数均分子量在2300～2550，上浆碳纤维和环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂等热固性树脂基体均具有良好的界面结合强度，其通用性强，尤其和环氧树脂、双马来酰亚胺树脂的界面结合强度有更显著改善。

技术领域

本发明属于碳纤维上浆剂领域，特别涉及一种改性环氧树脂大丝束通用型碳纤维上浆剂、制备方法及其应用。

背景技术

碳纤维是一种20世纪60年代开发出的一种高比强度、高比模量、耐高温的先进结构功能材料，主要包括聚丙烯腈基、粘胶基、沥青基三种不同类型，其中聚丙烯腈基的综合性能最优，产业化规模最大。我国碳纤维材料产业目前已经突破了“从无到有”的技术及产业瓶颈，正在向工业化、通用化碳纤维进一步发展。与传统航空航天领域高性能、高成本的特点不同，一般工业用通用级碳纤维的成本是制约其发展的首要因素。首先，低成本化要求碳纤维生产线大幅提高单位产能，即必须从1K～12K小丝束碳纤维的小批次生产逐渐转向48K及以上大丝束碳纤维的连续工业化。其次，碳纤维复合材料的基体树脂种类较多，必须根据不同类型用途调整碳纤维生产工艺，造成生产质量不稳定，频繁开机停机，成品合格率下降，间接提高了碳纤维的制造成本。低成本化要求碳纤维能够与基体树脂具有良好的通用性。

碳纤维上浆剂是碳纤维与基体树脂两相界面的结合层，在48K及以上大丝束碳纤维工业化生产过程中，碳纤维上浆剂的作用愈加重要。由于48K及以上大丝束中单丝数量数倍增加，碳纤维丝束的体积急剧扩大，原有小丝束碳纤维上浆剂的浸润能力不足，纤维束丝间易产生孔洞和空隙，上浆碳纤维集束性、扩幅性、均匀性、和基体树脂的界面结合力等综合性能均无法满足要求。目前12K及以下小丝束碳纤维上浆剂主要是以环氧树脂为主体，加入乳化剂、助剂、去离子水等制成的乳液型上浆剂。专利104452303A提供了一种碳纤维用大分子乳化剂自乳化环氧树脂上浆剂，成分包括主浆料、大分子乳化剂、稀释剂和去离子水。主浆料为缩水甘油醚型环氧树脂，大分子乳化剂由乙醇胺、烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯环氧基醚和冰乙酸对缩水甘油醚型环氧树脂亲水化改性得到。大分子乳化剂与主浆料的质量比为10～40:60～90，稀释剂和主浆料的质量比为10～30:70～90，去离子水与主浆料的质量比为50～90:10～50。专利104120605A公开了一种乳液上浆剂及其制备方法和应用，其由50份～55份环氧树脂乳液体系、0.001份～2份改性碳纳米管、0.001份～1份表面活性剂和45份～50份去离子水制备而成。上述专利所制备的乳液上浆剂在12K及以下碳纤维工程线生产过程中可以良好应用，作为通用型大丝束碳纤维上浆剂应用时效果不佳。

以环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂等为代表的热固性树脂基复合材料因具有优异的力学性能在建筑、交通设施、能源、压力容器等工业领域具有广泛的应用前景。其中环氧树脂力学性能优异，尺寸稳定性好，产品型号多，应用范围广泛；双马来酰亚胺树脂热稳定性高，耐化学性能优异，在高温、摩擦磨损等严苛工业环境领域具有不可替代的作用。能够与环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂均具有良好的界面作用、特别与环氧树脂、双马来酰亚胺树脂的界面强度有较大改善，同时能够满足大丝束碳纤维在线上浆工艺要求的碳纤维上浆剂目前尚未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于解决目前大丝束碳纤维上浆剂，只适用于单种类基体树脂的问题，提供一种能够适用于多种类基体树脂体系的改性环氧树脂大丝束通用型碳纤维上浆剂、制备方法及其应用。本发明的碳纤维上浆剂适用于一般工业用48K及以上大丝束碳纤维的上浆，上浆碳纤维和环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂等热固性树脂基体均具有良好的界面结合强度，其通用性强，尤其和环氧树脂、双马来酰亚胺树脂的界面结合强度有更显著改善。