[发明专利]一种碳纤维用含氰基的热塑性上浆剂、制备方法及使用方法

说明书

本发明提供一种碳纤维用含氰基的热塑性上浆剂、制备方法及使用方法，属于碳纤维上浆剂技术领域。该上浆剂按照质量分数计，包括如下组分：热塑性树脂0.1％～3％，分散剂0.05％～2％，偶联剂0.05％～2％，溶剂93％～99.8％，所述的热塑性树脂为无定型结构含氰基的聚芳醚树脂。本发明还提供一种碳纤维用含氰基的热塑性上浆剂的制备及使用方法。本发明选用含氰基的聚芳醚树脂作为主要成分制备热塑性上浆剂，使上浆后的碳纤维具有更高的耐温性，由于氰基的强极性，提高了碳纤维与热塑性树脂的界面剪切强度，进而提升复合材料的层间性能。

技术领域

本发明属于碳纤维上浆剂技术领域，特别涉及一种碳纤维用含氰基的热塑性上浆剂、制备方法及使用方法。

背景技术

碳纤维增强热塑性树脂基复合材料具有高比强度，良好的抗冲击、耐腐蚀性能，成型周期短，废料可回收利用等特点，近年来发展迅速，已成功应用于航空航天、汽车、电子等高技术领域。

碳纤维是脆性材料，在加工过程中容易因摩擦引起单丝断裂或毛丝，降低碳纤维的强度。此外，碳纤维表面呈惰性，表面能低等因素严重影响纤维与树脂基体的界面性能，当受到外力作用时，应力传递困难，会导致复合材料的整体性能下降。碳纤维上浆剂是解决这一问题的关键，上浆剂在纤维表面形成一层保护胶，使纤维集束，改善了碳纤维的加工性能，同时还可以提高纤维与基体树脂的浸润性，进而提高复合材料的整体性能，适合的碳纤维上浆剂能够有效的在碳纤维和树脂间起到桥梁作用，充分发挥纤维与树脂各自的性能。目前碳纤维表面上浆剂多针对热固性树脂，使用上述碳纤维作为增强材料制备热塑性复合材料会存在以下问题：上浆剂自身的耐热性不足导致基体树脂与纤维间的粘接障碍；以环氧等热固性树脂为主体的上浆剂与热塑性树脂基体相容性差，所以开发一种性能优异的热塑性上浆剂具有重要意义。CN 104018355 B提供了一种碳纤维复合聚醚砜树脂的上浆剂的制备与使用方法，通过磺化剂对树脂聚醚砜进行处理，制备以磺化聚醚砜为主要成分的溶液上浆剂，复合材料的剪切强度最高提升24％。CN 102660874 B提供以一种碳纤维用热塑性上浆剂，本身可以承受较高温度，该上浆剂涂覆的碳纤维与PPEK/NMP溶液的浸润性提高，CF/PPEK复合材料的界面剪切强度提高了45％。上述上浆剂虽然显著提高了纤维与树脂间的界面剪切强度，但是对应复合材料的层间剪切强度最高只有80MPa，相比于热固性树脂基复合材料的层间剪切强度仍差距较大。

发明内容

本发明的目的是解决现有的碳纤维/热塑性树脂界面性能较弱的问题，提供一种碳纤维用含氰基的热塑性上浆剂、制备方法及使用方法。

本发明首先提供一种碳纤维用含氰基的热塑性上浆剂，该上浆剂按照质量分数计，包括如下组分：

所述的热塑性树脂为无定型结构含氰基的聚芳醚树脂。

优选的是，所述的聚芳醚树脂的结构如式Ⅰ所示：

式Ⅰ中，-Ar-为中的一种或几种，m≥0,n≥0，m、n不同时为0。

优选的是，所述的聚芳醚树脂的数均分子量为2.0×10⁴～1.0×10⁵g/mol。

优选的是，所述分散剂为十二烷基磺酸钠、蓖麻油聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种。

优选的是，所述偶联剂为KH-550，KH-560或KH-570中的一种或几种。

优选的是，所述溶剂为氯仿、四氢呋喃、二氯乙烷、三氯乙烷、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种。

本发明还提供一种碳纤维用含氰基的热塑性上浆剂的制备方法，该方法包括：

将热塑性树脂溶于溶剂，混合均匀后，再分别加入分散剂和偶联剂，继续搅拌，得到含氰基的碳纤维用热塑性上浆剂。