[发明专利]用于碳纤维上浆剂的双亲改性纳米片层二硒化钼基助剂

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种用于纤维上浆剂中添加的双亲改性纳米片层二硒化钼基助剂。

背景技术

碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能，被广泛应用于纤维增强树脂基复合材料。但因碳纤维是脆性材料，在生产及加工过程中，经机械摩擦容易产生毛丝及单丝断裂等现象，使碳纤维的强度降低。由于毛丝的存在，使基体树脂不能充分润湿碳纤维，这样就会在制备的复合材料中产生孔隙，影响复合材料的力学性能。另一方面，纤维表面凹槽的存在将有助于改善纤维与树脂的界面粘结状况，即有助于复合材料界面性能的提高但又可能会使碳纤维本身的性能下降，从而使复合材料的综合性能下降。而对碳纤维进行上浆可以较好的解决以上问题。在纤维的生产过程中，上浆是其中一个极为重要的环节。近年来，纳米材料由于其尺寸效应，大的比表面积以及较强界面的相互作用作为上浆剂的改性剂受到人们的关注。

目前，上浆剂主要有溶剂型和乳液型两种。溶剂型上浆剂由于需要大量的有机溶剂，并且生产车间环境污染严重，在国外早已不采用。乳液型上浆剂则是一种树脂为主体，配以一定量的乳化剂和其他助剂配制而成的乳液。随着碳纤维复合材料工业的不断发展，对上浆剂的性能要求也不断提高，从单纯的保护碳纤维逐渐演变成为了可以增强碳纤维复合材料界面粘结强度，提高复合材料力学性能，即由通用型上浆剂向功能型上浆剂发展。

上浆是碳纤维生产工艺过程中的一个重要工序。碳纤维上浆的主要作用是隔离空气中灰尘及水分，从而避免破坏经表面处理后的纤维表面活性。采用无机纳米SiO₂作为上浆树脂改性材料，制备成碳纤维功能型乳液上浆剂，但由于无机粒子其尺寸小，均匀分散存在一定的困难，因此纳米SiO₂用量多少对上浆剂性能影响也有待进一步研究。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种能长时间保持优异稳定性，并且能在碳纤维上浆剂生产时使用，用以提高成品材料使用中的耐磨和润滑能力，同时有效防止纤维间粘结的用于碳纤维上浆剂的双亲改性纳米片层二硒化钼基助剂。该助剂具有特定范围的溶度参数和表面张力，能有效地作为碳纤维上浆剂成分使用，明显改善产品的耐磨、润滑和加工性能，本发明的制备方法操作简单，成本低，在实际应用中可以通过改变助剂中组分的配比，应用于不同种类的上浆剂基体。

为了制备上述耐磨剂，发明人进行了一系列深入研究，发现通过使用一定表面张力分量、溶度参数的溶剂和一定分子量聚丙烯酰胺-聚苯乙烯嵌段共聚物改性制备纳米片层二硒化钼分散液，并添加分散剂、硅油和高级脂肪酸，经过分散后所得助剂可以在上浆剂的制备中得到很好的应用。

本发明采取的技术方案如下：一种用于碳纤维上浆剂的双亲改性纳米片层二硒化钼基助剂，包括聚丙烯酰胺-聚苯乙烯嵌段共聚物改性双亲性纳米片层二硒化钼分散液、分散剂、硅油和高级脂肪酸。

以一百份质量计，所述聚丙烯酰胺-聚苯乙烯嵌段共聚物改性双亲性纳米片层二硒化钼分散液的质量份为2-32，所述分散剂的质量份为1-5，所述硅油的质量份为60-90，所述高级脂肪酸的质量份为1-3。

所述分散剂为Solulan5、Solulan98、Solulan16，Solulan25及Solulan97中的一种或两种以上。

所述硅油为未取代的聚二甲基硅氧烷，或被具有2-20个碳原子的烷基取代的聚二甲基硅氧烷；且25℃时，所述被具有2-20个碳原子的烷基取代的聚二甲基硅氧烷的黏度为2-100mm²/s。

所述高级脂肪酸为月桂酸、肉豆蔻酸、木质素酸、棕榈酸、油酸中的一种或两种以上。

所述聚丙烯酰胺-聚苯乙烯嵌段共聚物改性双亲性纳米片层二硒化钼分散液，是由丙烯酰胺、苯乙烯和过硫酸铵加入到含有异丙醇和二硒化钼的上层水溶液中，经过反应形成的，其中的二硒化钼尺寸小于200微米，二硒化钼在水溶液中的浓度为1-20mg/mL。

所述聚丙烯酰胺-聚苯乙烯嵌段共聚物改性双亲性纳米片层二硒化钼分散液的制备方法包括以下步骤：

1)首先配制异丙醇和水的混合液，其中异丙醇在所述混合液中的体积比例为30％-70％，再加入尺寸小于200微米的二硒化钼，形成二硒化钼浓度为1-20mg/mL的分散液；

2)将步骤1)所得分散液进行超声、静置后，离心获取上层分散液；