[发明专利]一种自乳化水性环氧树脂碳纤维用上浆剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，具体的是涉及一种自乳化水性环氧树脂碳纤维用上浆剂的制备方法。

背景技术

碳纤维作为一种技术密集型关键材料逐渐成为发展国防军工与国民经济的重要战略物资，因其具有高强高模、耐高温性能，被广泛应用于航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等领域。但是碳纤维伸长率低且脆,在加工过程中易造成单丝断裂和毛丝。在制备纤维增强复合材料时,毛丝会阻碍基体树脂对碳纤维的浸润性。因此，为避免这些缺陷，碳纤维需要上浆处理。

传统上浆剂多使用易挥发溶剂，不仅使得上浆剂浓度不断变化，还易造成环境污染，而用水作为溶剂则不存在以上问题，因此，近些年关于水性上浆剂愈来愈受到重视。针对不同种类的碳纤维增强树脂基体，水性上浆剂也相应生产出各种品类与之匹配。目前，通用类型水性上浆剂包括环氧树脂型、聚氨酯型及复合型。其中，水性环氧树脂上浆剂近年来发展迅速，应用最为广泛。

公开号为US2004/0197565A1的美国专利申请介绍了一种组份为双酚A型环氧化合物，铵离子羧酸盐及脂肪族非离子表面活性剂的上浆剂乳液，其对纤维有良好的浸润性，但制备复材垂直于纤维方向拉伸强度较差，机械性能有待改善。

公开号为JP2002363253的日本专利公开介绍了一种由环氧树脂(至少存在三个环氧基团)、N,N-二缩水甘油基和芳香二胺化合物为主要组份制备的上浆剂，其成膜性好，对复材的抗压强度起促进作用，但明显降低了纤维束的力学拉伸强度。

公开号为JPH0551871的日本专利公开公开了一种以甲基乙基酮为溶剂的由双酚A型环氧树脂合成制备的上浆剂，其乳液粒径小，对纤维浸 润性好，但由于含有溶剂甲基乙基酮，易挥发，导致上浆不均匀，且对环境有一定的污染。

发明内容

本发明就是为了解决现有方法制得的产品机械性能有待改善、力学拉伸强度不高、污染环境、耐湿热性能不理想的技术问题，提供一种制得的自乳化水性环氧树脂碳纤维用上浆剂粒径小且分布窄、稳定性良好、粘度适中、上浆后碳纤维集束性好、毛丝量低、耐磨性高、对碳纤维表面起到良好的保护作用、且对后续碳纤维作为增强体的应用有很好的促进作用自乳化水性环氧树脂碳纤维用上浆剂的制备方法。

为此，本发明提供一种自乳化水性环氧树脂碳纤维用上浆剂的制备方法，其包括如下步骤：1)按各原料所占质量百分数为：环氧氯丙烷5％～10％、氢氧化钠5％～10％、甲苯20％～30％、催化剂0.3％～0.6％，余为聚氧乙烯醚类聚合物；在装有搅拌器、回流冷凝器、滴液漏斗、温度计的250ml四口烧瓶中，将聚氧乙烯醚聚合物、催化剂混合，50～60℃下预热并搅拌使其溶解，然后用滴液漏斗滴加环氧氯丙烷，反应2～2.5h，降温至40～50℃，滴加配置好的20％～40％氢氧化钠水溶液，反应1.5～2h，最后加入甲苯，减压蒸馏，即得到带有环氧基的聚氧乙烯缩水甘油醚中间体；2)按各原料所占质量百分数为：中间体10％～20％、交联剂5％～10％、溶剂5％～15％、催化剂0.5％～1％，余为双酚A环氧树脂，选取带有环氧基的聚氧乙烯缩水甘油醚中间体、双酚A环氧树脂、溶剂、交联剂和催化剂，备用；在装有抽真空装置的四口烧瓶中，将中间体、双酚A环氧树脂和交联剂混合，抽真空并在70～100℃下预热搅拌使其溶解，之后加催化剂反应4～8h，最后移除抽真空装置，加入溶剂继续反应0.5～1h，到含有表面活性剂官能团的自乳化水性环氧树脂聚合物；3)将含有表面活性剂官能团的自乳化水性环氧树脂聚合物加热至35～55℃，1000～3000r/min强力搅拌下，均匀滴加去离子水，通过相反转技术制成固含量为30％～50％的自乳化水性环氧树脂碳纤维用上浆剂。

优选地，聚氧乙烯醚类聚合物为双酚A聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙 烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚中的任意一种。

优选地，步骤1)所述的催化剂为对甲苯磺酸、有机锡、三乙胺中的任意一种。

优选地，双酚A环氧树脂为E-20、E-35、E-44、E-51中的任意一种。

优选地，步骤2)所述的溶剂为乙二醇单丁醚、2-异丙氧基乙醇、乙二醇苯醚中的任意一种。

优选地，步骤2)所述的催化剂为三乙胺、季铵盐或者三苯基膦。

本发明的基本原理在于：首先将具有强亲水性的表面活性剂实施改性，得到带有环氧官能团的亲水性表面活性剂中间体，然后利用交联剂所带羟基官能团，在催化剂作用下将环氧树脂与中间体接枝反应，使得本身不具有亲水性的环氧树脂得到具有强亲水性的表面活性剂官能团，以实现水性化。