[发明专利]一种用于增强热塑性树脂的碳纤维表面处理方法

说明书

本发明涉及一种用于增强热塑性树脂的碳纤维表面处理方法，在保护气体保护下感应加热涂有热固型上浆剂a的碳纤维束，使其原有上浆剂层加热固化；将固化处理的碳纤维束经辊子弯折后散开成单丝；然后通过装有上浆剂b的浸渍槽，上浆剂b的成分为热塑性树脂的溶液或乳液；浸渍后的碳纤维经过烘干炉干燥得到处理好的增强热塑性树脂用的碳纤维束，增强热塑性树脂用的碳纤维束内含有2.5～20％的所述的热塑性树脂；最后将所得的增强热塑性树脂用的碳纤维束收卷或直接切成粒。本方法处理的碳纤维能与热塑性树脂形成理想的粘接界面，并且纤维易于分散，因而能充分发挥碳纤维在热塑性塑料中的增强效果，在热塑性增强塑料领域具有较高的应用价值。

技术领域

本发明涉及热塑性复合材料加工领域，更具体的说是涉及一种用于增强热塑性树脂的碳纤维表面处理方法，涉及到一种转换普通碳纤维表面的上浆剂使其适用于热塑性树脂基体的方法。

背景技术

碳纤维是一种含碳量90％以上，主要成分以层状石墨晶体形态存在的纤维材料。石墨化程度较高的碳纤维有时也被称为石墨纤维。商业碳纤维是以聚丙烯腈、沥青等原料在保护气体保护下经高温碳化得到的。碳纤维能耐900℃以上的高温，但是，因为其主要成分是碳，所以可以燃烧。

碳纤维是一种高端的增强材料，具有很高的拉伸强度和模量。其传统的应用是热固性复合材料，代表性的是以连续纤维的形式来增强环氧、酚醛等热固性树脂。目前，商品级的碳纤维基本上都是针对热固性树脂的，表面涂覆的是以低分子量环氧树脂等为主的反应型上浆剂(涂层)。这些上浆剂在受热时能够自聚，并且与热塑性树脂不兼容。

随着热塑性材料的发展，行业开始用碳纤维来增强热塑性树脂以获得更好的增强效果。专利文件CN102002229公开了一种长纤维增强尼龙复合材料及其制备方法，生产方法是将各组分高速搅拌后经喂料器加到双螺杆挤出机中,同时将长纤维经侧加料口加到双螺杆挤出机中拉条造粒。专利文件CN106675015公开了一种高强度高韧性长碳纤维增强尼龙复合材料及其制备方法，尼龙基材选用长碳链尼龙，具有低吸水性以及高韧性；长碳纤的高刚性弥补了尼龙610与尼龙6刚性不足的特性；润滑剂的加入可以极大地降低尼龙熔体的粘度，从而提高尼龙对碳纤的浸渍效果。上述方案普遍地假设碳纤维表面没有上浆剂，或者上浆剂与尼龙等热塑性树脂能够兼容。

而事实上，作为纤维跟基体树脂的过渡层，上浆剂对最终材料的性能起着决定性的作用。不兼容的过渡层无法把基体受到的载荷传递给增强纤维，因此起不到增强效果；进一步地，如果过渡层把纤维成束地隔离出来，则在基体中形成了一个缺陷，反而降低基体材料的性能。

因此，能否获得一种适合于热塑性基体的上浆剂，决定了碳纤维在普通增强塑料领域能否发挥作用。

现有的解决方法是用溶剂清洗或者高温烧蚀来去掉碳纤维上原有的上浆剂。因为上浆剂里的树脂是预交联态，不能完全溶解，所以溶剂法只能适用于处理少量样品。高温烧蚀法污染较大，并且削弱碳纤维的强度。

专利文件CN108503865公开了一种碳纤维增强尼龙复合材料的制备方法，先将表面包覆热固性树脂上浆剂的碳纤维进行低温热处理，然后将低温热处理的碳纤维均匀铺展，再将尼龙膜置于均匀铺展的碳纤维两侧，最后热压粘合制得碳纤维增强尼龙复合材料，处理后表面获得富含可与热塑性树脂基体反应的羧基。但对双酚F环氧、酚醛等类型的上浆剂，该处理方法刚好使涂层固化交联，把碳纤维丝绑定成不易分散的纱束。另外，高温氧化也会削弱碳纤维的强度。

另外,热塑性树脂与增强纤维的结合力并非越高越好，可参见《玻璃纤维增强聚丙烯复合材料界面改性研究》(宇航材料工艺2002年第4期)。为了获得最优的性能,树脂与纤维的界面层应该是柔韧的，并且允许纤维和基体有适当的滑移。

因此,完全清除碳纤维原有的上浆剂是不必要的.对于已经固化成膜的环氧涂层,塑料改性行业现有的技术也可以实现合适的界面粘接强度,满足热塑性增强材料的需要。

发明内容