[发明专利]一种碳纤维用改性聚醚醚酮树脂基上浆剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维用改性聚醚醚酮树脂基上浆剂的制备方法，属于碳纤维上浆剂技术领域，包括取适量聚醚醚酮粉末进行第一化学改性，以得到聚醚醚酮的衍生物；将碳纳米材料进行第二化学改性，以得到碳纳米改性产物；将所述聚醚醚酮的衍生物溶于有机溶剂中，并加入所述碳纳米改性产物，分散均匀后制得所述上浆剂。本发明达到了提高碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料上浆剂的耐高温性能，上浆剂与聚醚醚酮(PEEK)树脂的相容性好，能够显著改善碳纤维与树脂基体的界面结合，提高复合材料的机械性能的技术效果。

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改性聚醚醚酮树脂基上浆剂的制备方法。

背景技术

碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料具有比强度和比刚度高、耐热性好、抗疲劳和抗腐蚀性能优异等特性，广泛应用于航空航天、风力发电、汽车制造、化工防腐等领域。例如在航空领域，可大幅减轻飞机的结构重量，降低油耗，减少污染，提高飞机寿命和安全性。

对于现有的碳纤维上浆剂技术而言，由于碳纤维表面惰性大，与基体树脂的浸润结合性差。并且碳纤维作为一种脆性材料，在生产过程中纤维易产生毛丝甚至断裂，从而导致整体强度降低，在复合材料成型阶段树脂难以完全浸润碳纤维而形成一些较小孔隙，削弱材料的力学性能，降低使用寿命。使得CF/PEEK复合材料存在碳纤维与树脂基体的界面强度低，整体力学性能下降的缺陷。研究者们通过使用上浆剂，来将碳纤维粘合集束，提高整体强度，并降低碳纤维发生断裂及出现毛丝的概率。同时，上浆后的碳纤维容易被树脂充分浸润，在碳纤维和树脂基体间形成良好的过渡界面，改善碳纤维和树脂基体的界面结合问题，提高材料的力学性能。但是，目前在碳纤维复合材料领域中普遍使用的环氧型上浆剂，其耐热温度一般不超过180℃，而CF/PEEK复合材料服役温度一般在200℃以上,所以环氧型上浆剂并不能满足CF/PEEK复合材料在高温领域的使用要求。另外，环氧型上浆剂与PEEK的相容性不好，不能有效解决CF/PEEK的界面结合问题，制备的复合材料机械性能较差。

综上所述，在现有的碳纤维上浆剂技术中，存在着CF/PEEK复合材料上浆剂耐高温性能差，与树脂基体相容性不好，难以改善碳纤维与树脂基体的界面结合，复合材料的机械性能差的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在现有的碳纤维上浆剂技术中，存在着CF/PEEK复合材料上浆剂耐高温性能差，与树脂基体相容性不好，难以改善碳纤维与树脂基体的界面结合，复合材料的机械性能差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种碳纤维用改性聚醚醚酮树脂基上浆剂的制备方法，所述制备方法包括：取适量聚醚醚酮粉末进行第一化学改性，以得到聚醚醚酮的衍生物；将碳纳米材料进行第二化学改性，以得到碳纳米改性产物；将所述聚醚醚酮的衍生物溶于有机溶剂中，并加入所述碳纳米改性产物，分散均匀后制得所述上浆剂。

进一步地，所述第一化学改性是磺化改性，所述聚醚醚酮粉末通过所述磺化改性得到PEEK-SO₃Na。

进一步地，所述磺化改性的试剂为浓硫酸，所述浓硫酸的浓度是98％。

进一步地，所述第一化学改性是羟基化改性，所述聚醚醚酮粉末通过所述羟基化改性得到PEEK-ONa。

进一步地，所述羟基化改性的试剂为硼氢化钠的二甲基亚砜溶液。

进一步地，所述碳纳米材料为氧化石墨烯或碳纳米管。

进一步地，所述第二化学改性是羧基化改性，所述碳纳米材料通过所述羧基化改性得到CNT-COOH；所述羧基化改性的试剂为浓硝酸，或浓硝酸和浓硫酸的混酸。

进一步地，所述第二化学改性是氨基化改性，所述碳纳米材料通过所述氨基化改性得到rGO-NH₂或CNT-NH₂；所述氨基化改性的试剂为对硝基苯胺、浓盐酸、亚硝酸钠和硫化钠。