[发明专利]水溶性耐温型碳纤维上胶剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种水溶性耐温型碳纤维上胶剂及其制备方法，旨在解决现有技术中上胶剂耐温低、储存稳定性差的技术问题。取二异氰酸酯加入强极性非质子化溶剂，得混合体系A；取偏苯三酸酐投入到混合体系A，缓慢加热，得混合体系B；向混合体系B加入二胺，降温，得混合体系C；向混合体系C加入多元胺类树脂水性化试剂，得混合体系D；向混合体系D加入去离子水，得水溶性聚胺酰亚胺树脂；取水溶性聚胺酰亚胺树脂加入去离子水中，再加入渗透剂，得耐温型碳纤维上胶剂。本发明的耐温型碳纤维上胶剂粘接性能好，Tg温度高，耐温性能好，绿色环保，安全无害，可有效提升复合材料的综合性能，改善碳纤维质量，提升碳纤维档次。

技术领域

本发明涉及碳纤维上胶剂技术领域，具体涉及一种水溶性耐温型碳纤维上胶剂及其制备方法。

背景技术

碳纤维具有优良的力学性能，在现代航空航天、体育休闲用品、土木建筑、电子产品、医疗器械等领域有着广泛的应用。但是，碳纤维的伸长率低且脆，在生产和加工过程中，经机械摩擦、拉伸和冲击容易产生断头、毛丝及单丝断裂等现象，使碳纤维的强度降低。

对碳纤维进行上胶处理，即在经表面处理的碳纤维上涂覆一层保护胶，不仅可以保护碳纤维的表面，减少毛羽量、单丝和单丝断裂，使碳纤维集束，改善深加工性能，而且可改善与基体间的粘结，提高符合材料的层间剪切强度。早期碳纤维上胶剂为溶剂型，不仅污染环境，而且存在安全隐患。目前，国内外研发了水性碳纤维上胶剂，包括乳液型上胶剂和水溶性上胶剂。杨禹等使用纳米SiO₂对环氧型乳液上浆剂进行改性，结果显示，经改性后上浆碳纤维表面羟基含量有所增加；Sakata、Hiroaki等用柔性环氧树脂A和环氧树脂B制成上浆剂，组分A和B的比例为0.6～2.0，上浆含量为0.3～3.0%；李阳等分别以KD2213、YD2128环氧树脂、复合环氧树脂及油酸酰胺改性的环氧树脂为主体的上浆剂对聚丙烯腈基碳纤维进行上浆；Ren P.G..等研究了环氧上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料性能的影响，结果表明：环氧上浆剂对氰酸酯树脂的固化反应有一定的影响，能够降低体系的固化温度。

然而，现有水性上胶剂虽然粒径均匀，表面张力适中，但是耐温低，且存在储存期问题，时间长了会破乳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于耐温在250℃以上的耐高温复合材料加工制备的水溶性耐温型碳纤维上胶剂及其制备方法，以期解决现有技术中上胶剂耐温低、储存稳定性差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种水溶性聚胺酰亚胺树脂，由二异氰酸酯、偏苯三酸酐在非质子极性介质条件下的反应产物再依次与二胺、多元胺类树脂水性化试剂反应后的聚合物。

上述水溶性聚胺酰亚胺树脂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按非质子极性溶剂质量的20～40%取二异氰酸酯加入30～40℃的强极性非质子化溶剂中，混匀得混合体系A；

（2）取偏苯三酸酐投入到混合体系A中，缓慢加热到90～100℃，反应8h～12h，得混合体系B；

所述偏苯三酸酐与步骤（1）中二异氰酸酯的摩尔比控制为1.01～1.1：1；

（3）按步骤（1）中二异氰酸酯摩尔量的5～10%向混合体系B中加入二胺反应1～2h，再降温到70℃～85℃，得混合体系C；

（4）按步骤（2）中偏苯三酸酐质量的10～30%向混合体系C中加入多元胺类树脂水性化试剂，反应3～5h，得混合体系D；

（5）向混合体系D中加入去离子水调节固含量至10～20%，即得。

优选的，所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯和/或二苯基甲烷二异氰酸酯。

优选的，所述强极性非质子化溶剂为N，N二甲基甲酰胺、N，N二甲基乙酰胺、N甲基吡咯烷酮中的至少一种。