[发明专利]一种碳纤维用水性聚醚砜上浆剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种碳纤维用水性聚醚砜上浆剂及其制备方法，属于上浆剂技术领域。该上浆剂，按照重量份数计，包括：聚醚砜树脂0.5‑3份，改性纳米碳材料0.1‑1份，表面活性剂0.2‑2份，流平剂0.1‑0.5份，润滑剂0.1‑0.7份，粘合剂0.1‑1份，抗静电剂0.2‑0.8份，去离子水91‑98.7份；所述的改性纳米碳材料为改性氧化石墨烯或改性碳纳米管。本发明还提供一种碳纤维用水性聚醚砜上浆剂的制备方法。本发明改性纳米碳与树脂结构相似，氨基官能团还能与聚醚砜树脂中的醚键和砜键形成氢键作用，进而保证上浆剂与树脂间具有良好的相容性以及优异的界面结合强度，显著提高了碳纤维增强聚醚砜复合材料的界面性能。

技术领域

本发明属于上浆剂技术领域，具体涉及一种碳纤维用水性聚醚砜上浆剂及其制备方法。

背景技术

碳纤维作为一种高性能纤维，具有高比强度、高比模量、耐疲劳及热膨胀系数低等一系列优点，目前已广泛应用于航空航天、国防军工等领域。然而，碳纤维经过高温碳化后，表面活性官能团较少。未经处理的碳纤维表面能较低，呈化学惰性，与树脂的浸润性较差，导致复合材料的界面结合力较弱。此外，碳纤维同时又具有断裂伸长率低、脆性高的特点，在生产制造过程中，纤维经过摩擦后，容易发生起毛和断裂现象，导致碳纤维的强度降低。

上浆技术是解决上述问题的有效手段。一方面，在碳纤维表面涂覆一层上浆剂可以减少碳纤维之间的摩擦，同时起到集束的作用；另一方面，经过上浆修饰后可以在碳纤维与基体树脂之间引入适当的界面层，使基体树脂与纤维很好地结合，提高复合材料的界面性能。然而，目前碳纤维生产企业所使用的上浆剂大部分为热固性上浆剂。热固性上浆剂的热稳定性相对较差，当复合材料加工温度超过250℃时容易发生分解，从而导致复合材料产生孔洞和缺陷，界面粘结强度降低，影响复合材料的力学性能。此外，热固性上浆剂与热塑性树脂的相容性通常较差。因此，针对不同的热塑性树脂开发与其相匹配的热塑性上浆剂具有重要的研究意义。一般而言，上浆剂可分为溶剂型、乳液型和水性型三种。由于溶剂型上浆剂中的有机溶剂易燃且会造成环境污染，因此溶剂型上浆剂已不再广泛使用，目前碳纤维生产企业大多采用乳液型上浆剂。为符合日趋严格的环保法规，发达国家大力研制和开发水性无溶剂上浆剂。因此水性上浆剂成为了行业的宠儿，发展符合“环保、健康、安全”三大要求的环保型上浆剂已成为上浆剂领域的一个重要研究方向。

此外，GO和CNT作为性能优异的纳米碳材料，已经被广泛用于复合材料增强体。将其引入上浆剂中，再通过上浆的方法修饰到碳纤维表面，改善碳纤维与基体树脂之间的界面性能，达到进一步提高复合材料宏观性能的目的。因此，开发一种含纳米碳材料的水性热塑型上浆剂对碳纤维行业的发展具有重要意义。

近年来，针对以聚醚砜树脂为主浆料的上浆剂，已有了部分研究。专利CN103757928 A公开了一种聚醚砜水性上浆剂，用于提高聚醚砜树脂与碳纤维间界面结合强度。但是，该上浆剂体系中仍存在部分有机溶剂(1.3％～6.0％)。专利CN 104018355 A公开了一种主要成分为磺酸基聚醚砜的上浆剂，不仅提高了碳纤维增强聚醚砜复合材料的界面性能，而且充分发挥碳纤维比强度高和聚醚砜耐高温优点。但是，对聚醚砜树脂进行改性时需加入强酸(98％的浓硫酸、氯磺酸、发烟硫酸)，并且用来溶解聚醚砜树脂的有机溶剂也未除去，易造成环境污染。专利CN 106120345 A公开了一种碳纤维上浆剂的制备方法，通过将聚醚砜树脂磺化、发酵、蒸馏等操作得到固体，之后再将固体与丙烯酸等物质反应得到最终的上浆剂，碳纤维上浆后能够与基体树脂很好地相容，同时该上浆剂能够在纤维与基体间起到应力传递作用。但是，该上浆剂制备过程繁琐，工序较多，不利于工业化。综上所述，研究一种制备过程简单、耐高温、环境友好且适用于工业化的水性热塑性上浆剂十分必要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有热固型上浆剂在热塑性树脂体系中耐热性和相容性较差的问题，而提供一种碳纤维用水性聚醚砜上浆剂及其制备方法。

本发明首先提供一种碳纤维用水性聚醚砜上浆剂，按照重量份数计，包括：