[发明专利]一种聚苯硫醚树脂基复合材料用碳纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚苯硫醚树脂基复合材料用碳纤维及其制备方法。其制备过程包括依次聚合、纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、水洗、上浆前干燥、上浆、上浆后干燥和卷绕收丝的生产工序。其中：上浆时采用聚苯硫醚树脂基悬浮液上浆剂；所述聚苯硫醚树脂基悬浮液上浆剂由聚苯硫醚树脂粉末、聚丙烯酸钠、聚乙二醇和去离子水组成；按照固体组分的总质量为100％，聚苯硫醚树脂粉末占65～75wt％，聚丙烯酸钠占12～17wt％，聚乙二醇占13～18wt％。本发明所制备的碳纤维适用于制备聚苯硫醚树脂基复合材料，所制备的复合材料力学性能优异，两相界面结合能力高，耐温性好。

技术领域

本发明属于碳纤维制备技术领域，特别涉及一种聚苯硫醚树脂基复合材料用碳纤维及其制备方法。

背景技术

聚苯硫醚是一种新型高性能热塑性树脂，其结构中具有交互整齐排列的硫原子与苯环的重复单元，赋予聚苯硫醚相关产品高机械强度、高耐高温、耐化学药品性、难燃、热稳定性、电性能优良等诸多特点。以聚苯硫醚树脂作为基体，以碳纤维作为增强相制备的复合材料，结合了碳纤维和聚苯硫醚两种高性能材料的各自特点，工程应用前景广阔。

碳纤维增强聚苯硫醚树脂的界面性能是影响复材的重要因素，只有碳纤维与聚苯硫醚树脂的相互作用力强，界面结合性能良好，不滑移脱粘，才能充分发挥两种材料的综合优势。目前碳纤维多采用环氧树脂基乳液型碳纤维上浆剂，这是针对环氧树脂等热固性树脂开发的一类改性材料，其与聚苯硫醚树脂的两相结合能力一般。同时，环氧树脂中存在大量高活性环氧基团，在聚苯硫醚基复材加工制备加工处理过程中易开环反应，导致纤维样品老化固化，产生局部团聚或变硬，难以铺展扩幅，造成高粘度聚苯硫醚树脂向碳纤维束内部流动的阻力变大，浸渍成型困难。纤维容易和基体树脂产生严重变形滑脱等问题，难以发挥复材的优异性能。因此，需要针对性开发一类能够和聚苯硫醚树脂具有良好加工性和界面结合能力的专用碳纤维。

专利201210494566.5公开了一种可改进碳纤维与热塑性PPS基体树脂界面结合力的乳液型碳纤维用上浆剂，该上浆剂是由环氧树脂、改性剂、水、表面活性剂和无机铵盐制备得到，所采用的改性剂与聚苯硫醚有类似或者相同的结构单元。但该上浆剂改性剂分子量小，添加的比例有限，对碳纤维与聚苯硫醚树脂两相界面的改善效果有限；同时上浆剂主体仍为大量的环氧树脂，在加工过程中的老化硬化现象难以避免。

发明内容

为解决目前碳纤维增强聚苯硫醚树脂基复合材料工业应用中出现的各种问题，本发明提出一种适用于聚苯硫醚树脂基复合材料的碳纤维及其制备方法，该方法包括聚合、纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、水洗、上浆前干燥、上浆、上浆后干燥、卷绕收丝生产工序。本发明在上浆工艺中引入了以聚苯硫醚树脂粉末为主体、以聚丙烯酸钠为主分散剂、以聚乙二醇为稳定助剂、采用物理搅拌混合方法制备的新型悬浮液类碳纤维上浆剂，解决了聚苯硫醚基体树脂浸渍不良和纤维老化变硬等问题。在上浆工艺中引入上浆前红外辐射加热工艺，在上浆后干燥工序中引入卧式热风烘干箱烘干工艺，解决了聚苯硫醚树脂悬浮液上浆剂在碳纤维表面铺展的均匀性和纤维烘干等问题。

采用本发明所述方法制备的碳纤维表面涂覆由聚苯硫醚树脂为主体制备的上浆剂，不含环氧树脂或其他树脂组分，适用于制备聚苯硫醚树脂基复合材料。所制备的碳纤维可根据后续加工需要调整上浆量和收丝幅宽，减少后道加工应用的材料用量和加工难度，碳纤维预浸料、织物等产品的均匀性和稳定性好。所制备的复合材料力学性能优异，两相界面结合能力高，耐温性好。

本发明的技术方案具体介绍如下。