[发明专利]芳纶纤维水溶性环氧树脂表面上浆剂及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种芳纶纤维水溶性环氧树脂表面上浆剂及其制备方法和应用，表面上浆剂为包含物质F的水溶液，物质F的结构为：其中，x的取值为4≤x≤10，y的取值为2≤y≤11，n的取值为10≤n≤227，R₁为或者方法为：在聚对苯二甲酰对苯二胺羧基封端的齐聚物A的溶液中加入二异氰酸酯B进行反应，得到含有反应物C的溶液；含有反应物C的溶液与聚乙二醇和双酚A类环氧树脂进行反应，得到物质F；物质F溶于水中得到水溶性环氧树脂表面上浆剂；将表面上浆剂对芳纶纤维进行上浆表面处理，浸渍时间为5～10s，然后100～120℃下烘干，制得上浆后的芳纶纤维；本发明提高了环氧树脂与芳纶纤维表面的结合性能，具有经济环保、上浆剂稳定等优点。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及芳纶纤维水溶性环氧树脂表面上浆剂及其制备和应用。

背景技术

芳纶纤维大多具有超高模量、高强度、耐高温和质轻等特点，因而在航空航天、军用服装、材料增强等领域具有广泛的应用。由于其刚性分子链结构，苯环对酰胺官能团上的氢具有屏蔽作用，使得该氢不活泼，难以被其它基团替代，且表面结晶度高，表面光滑，浸润性差，导致其与大多数纤维基体之间的界面结合性能较差，限制了其在复合材料领域中的应用。想要提高纤维与树脂基体的界面结合性能，传统的表面处理方法一般是采用含有一定腐蚀性的酸或碱溶液对表面进行刻蚀，或是通过等离子体改性的方法引入活性基团，或是接枝上其他基团等，此方法虽能实现改性芳纶纤维表面，但是此方法会在一定程度上对纤维本身的性能造成损伤，使纤维的强度降低。例如中国专利公布了一种申请号为201710974677.9，名为表面改性芳纶及其表面改性方法和应用的专利，其主要技术是通过“等离子处理+含N-缩水甘油基的环氧树脂表面改性剂”的复合改性工艺解决了芳纶与环氧树脂界面剪切强度低的技术问题，但是等离子体技术对设备要求较高，实验要求条件复杂。

对芳纶纤维表面上浆处理，是一种有效改善芳纶纤维与树脂基体界面结合的方法。水溶性环氧上浆剂环保无污染，对芳纶无损伤，并在一定程度上保留了大部分环氧树脂的优异性能。中国专利公布了一种申请号为201711442951.4，名为一种芳纶纤维水溶性环氧树脂上浆剂的专利，其制备的上浆剂主要成分由水溶性环氧树脂，表面活性剂和蒸馏水组成，制作过程简单，无污染，主要改善水溶液对纤维的润湿性，但对芳纶纤维和环氧树脂结合性能改善效果并不理想。随着工业需求量的增加，有待开发出性能更加优异的上浆剂。

因此，本发明开发出一种可以显著提高芳纶纤维与环氧树脂界面结合性能的上浆剂，对水溶性环氧树脂以及其他配型上浆剂具有广阔的研究前景。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种芳纶纤维水溶性环氧树脂表面上浆剂及其制备和应用。本发明主要是研发一种水溶性的表面上浆剂，通过合成具有改性的环氧官能团和与芳纶结构相似基团的上浆剂，上浆剂和环氧树脂之间可形成良好的相容性，也能在芳纶表面形成氢键结合力。本发明能有效地改善芳纶纤维在复合材料中的应用，尤其是在芳纶复合芯中的应用，提高与环氧树脂之间的结合性能。

为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

一种芳纶纤维水溶性环氧树脂表面上浆剂，为包含物质F的水溶液；所述物质F的结构为：

其中，x的取值范围为4≤x≤10，y的取值范围为2≤y≤11，n的取值范围为10≤n≤227，R₁为或者双酚A型环氧树脂对应的结构，其平均聚合度取值4～10，低分子量环氧树脂提供环氧基团的同时可以保证体系粘度不会过大，而且在溶剂中容易溶解；y值是对应的合成的齐聚物A的平均聚合度，聚合度越高在溶剂中溶解度越低，因此控制在11以下。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种芳纶纤维水溶性环氧树脂表面上浆剂，包含物质F的水溶液中，物质F的质量分数为0.5％～10％。