[发明专利]一种碳纤维用聚芳醚酮树脂基悬浮液上浆剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维用聚芳醚酮树脂基悬浮液上浆剂及其制备方法。本发明的悬浮液上浆剂由聚芳醚酮树脂、分散剂、稳定剂和去离子水组成。本发明的悬浮液上浆剂性质稳定，可用于制备碳纤维，制得的上浆碳纤维适用于聚芳醚酮树脂基复合材料用碳纤维织物、预浸料等中间体，具有良好的加工性能和界面结合能力。

技术领域

本发明属于碳纤维上浆剂技术领域，特别涉及一种聚芳醚酮树脂基悬浮液型上浆剂及其制备方法。

背景技术

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法组成的具有新性能的材料。碳纤维由于其高强度、高模量、耐高温的新型纤维材料，是目前最常用的复材增强相之一。聚芳醚酮树脂分子结构中含有刚性的苯环，具有突出的高温性能、优异的力学性能、电绝缘性、可加工等性能，是重要的耐高温复材基体树脂。由于两者各自的优异性能，碳纤维增强聚芳醚酮树脂基复合材料普遍用于航空航天、电子汽车工业等高性能领域，是尖端材料领域的典型代表，重要的耐温强韧工程材料。

碳纤维增强聚芳醚酮树脂基复合材料的界面是影响其物理化学性能的重要因素。碳纤维表面通常涂覆一层上浆剂，以改善纤维工艺性能，增强复材两相界面。目前工业上常用环氧树脂基上浆剂，所制备的碳纤维通常用于环氧树脂基、酚醛树脂基等热固性复材，如中国专利(申请号为201010522312.0)提出了一种采用改性环氧树脂胺类固化剂与环氧树脂复合制备的碳纤维乳液上浆剂，对环氧树脂基复材界面粘结强度有一定提高。但这类上浆剂有如下关键问题难以解决：一是碳纤维表面环氧树脂和聚芳醚酮树脂的界面粘合能力一般，很难发挥碳纤维增强聚芳醚酮基复材的优异性能；二是采用环氧树脂基上浆剂上浆的碳纤维，当放置时间长或加工温度较高时，环氧树脂会由于开环固化造成纤维团聚或变硬，难以分散铺展；而热塑性聚芳醚酮的熔融粘度大，在制备复材时向碳纤维束内部流动的阻力很大，环氧上浆的碳纤维由于固化变硬给聚芳醚酮树脂的浸渍加工造成极大困难。因此，必需开发专用的聚芳醚酮树脂类碳纤维上浆剂。

目前聚芳醚酮树脂基碳纤维上浆剂的研究主要集中在溶剂型和乳液型两种类型。由于聚芳醚酮树脂不溶于水，仅溶于部分溶剂，因此可以采用加入溶剂的方法进行制备，但安全性差，稳定性差，工业领域很少应用。中国专利(申请号为201210464424.4)提供了一种由改性剂、环氧树脂、表面改性剂等制备而成的改性环氧树脂类乳液上浆剂，对聚醚醚酮树脂复材的界面强度有一定提高。但其主体仍然是环氧树脂，其储存老化问题、加工浸润性问题等没有得到解决。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种碳纤维用聚芳醚酮树脂基悬浮液上浆剂及其制备方法。本发明制备方法简单，得到的碳纤维用聚芳醚酮树脂基悬浮液上浆剂性质稳定，其主体成分为聚芳醚酮树脂粉末，不含环氧树脂组分，不含任何有机溶剂，不需要任何化学改性。利用本发明的上浆剂制备的上浆碳纤维可用于制备聚芳醚酮树脂基复合材料用预浸料、织物等中间体，具有良好的加工性和界面结合能力。

本发明采用工业用聚芳醚酮树脂粉末，其制备工艺已经相对成熟，成本较低，适合规模应用。为解决聚芳醚酮树脂粉末在水中的分散性和稳定性问题，本发明引入了分散剂，优选的，选用聚丙烯酰胺类分散剂，其可以依靠分子间力和氢键作用，与聚芳醚酮聚合物链段产生吸附并相互混合，失去一定的自由度。同时，该分散剂具有水溶性，分子链段能够在介质水中自由伸展，产生较强的位阻稳定作用，阻碍聚芳醚酮粉末的相互靠近和聚集，使聚芳醚酮粉末达到良好分散。本发明引入了稳定剂，优选的，用烷基酚聚氧乙烯醚作为稳定剂，其具有芳基基团，能够和聚芳醚酮粉末具有一定的亲和性。同时其具有良好的两亲性，能够促进聚芳醚酮粉末与聚丙烯酰胺分散剂组成的微团颗粒水中更加稳定存在。

本发明提供一种悬浮液型碳纤维上浆剂，其由聚芳醚酮树脂、分散剂、稳定剂和去离子水组成；按照固体组分的总质量为100wt％计，其中：聚芳醚酮树脂占60～80wt％，分散剂占5～15wt％，稳定剂占15～25wt％。

本发明中，固体组分占碳纤维用聚芳醚酮树脂基悬浮液上浆剂总重量的5％～30％。