[发明专利]一种碳纤维用水性改性树脂上浆剂及其制备和应用

说明书

本发明提供一种碳纤维用水性改性树脂上浆剂，属于碳纤维制备技术领域，按重量份数计，所述上浆剂包括有如下的组分组成：水性环氧树脂10‑25份、自乳化水性改性树脂5‑15份、水溶性环氧树脂固化剂2‑8份、去离子水50‑100份、助剂1‑3份；所述自乳化水性改性树脂包括聚苯乙烯‑聚氧乙烯嵌段改性的环氧树脂；本发明以聚苯乙烯‑聚氧乙烯嵌段改性修饰环氧树脂，赋予环氧树脂自乳化性能，提高乳化稳定性，同时达到保护碳纤维表面及增强碳纤维和与树脂基体的粘结强度的目的，能充分发挥碳纤维的优异性能。

技术领域

本发明涉及碳纤维材料制备技术领域，具体涉及一种碳纤维用水性改性树脂上浆剂及其制备和应用。

背景技术

碳纤维是脆性材料，在生产及加工过程中，经机械摩擦容易产生起毛及单丝断裂等现象。毛丝的存在会使基体不能充分浸润碳纤维，从而在复合材料中易产生孔隙，影响复合材料的力学性能，因而通常需要对碳纤维上浆。上浆就是在表面处理过的碳纤维表面上涂一层保护胶，它能使纤维集束，改善深加工性能，减少纤维间的摩擦，提高其与基体之间的连接。

在碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)中，增强碳纤维与基体树脂之间的真实界面是以上浆剂为主体形成的界面层，上浆剂作为碳纤维与基体树脂之间的真实界面，连接碳纤维与树脂基体，使两者形成一个承载外力的整体，实现碳纤维与基体树脂在界面区间的有效黏结，对载荷的有效传递起了关键性的作用。

根据上浆剂使用的溶剂类型划分，可分为溶剂型上浆剂和乳液型上浆剂两大类。溶剂型上浆剂是将有机树脂如聚乙烯醇、醋酸乙烯酯聚合物、丙烯酸的聚合物、聚氨酯、环氧树脂等直接溶解在丙酮、丁酮等有机溶剂中配制而成的，操作工艺较为简单。然而，在上浆过程中溶剂较易挥发使树脂残留在导辊上，当后续纤维通过时会造成更大的损伤；另外从安全、经济、环保的角度考虑，使用大量高度易燃、易爆的挥发性有机化合物，不仅对生产设备和人体的安全构成了很大的威胁，而且会造成资源的浪费、环境的污染，目前该类上浆剂国外已极少使用。乳液型上浆剂是以树脂为主体，配以一定量的乳化剂、少量集束剂、润滑剂以及其他助剂制备而成的乳液。它一般不易在导丝辊上残留树脂，又无挥发性有机化合物污染环境，而且乳液中的表面活性剂可以大大提高碳纤维表面的被润湿性，达到提高复合材料层间剪切强度的目的，目前该类型的上浆剂为应用的主流产品。

乳液型上浆剂常采用外乳化的方法，通过添加各种乳化剂，将溶剂型环氧树脂分散于水中制备而成，其储存稳定性较差。

发明内容

针对现有乳化型上浆剂储存稳定性较差的问题，本发明提供一种碳纤维用水性改性树脂上浆剂及其制备和应用。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种碳纤维用水性改性树脂上浆剂，按重量份数计，包括有如下的组分组成：

水性环氧树脂10-25份、自乳化水性改性树脂5-15份、水溶性环氧树脂固化剂2-8份、去离子水50-100份、助剂1-3份；

所述自乳化水性改性树脂包括聚苯乙烯-聚氧乙烯嵌段改性的环氧树脂。

优选的，所述聚苯乙烯-聚氧乙烯嵌段改性的环氧树脂的制备方法包括以下步骤：

S1、称取单甲氧基聚氧乙烯醚并溶解在二氯甲烷中，得到浓度在0.2-0.3g/ml的单甲氧基聚氧乙烯醚溶液，在冰水浴和搅拌条件下，缓慢加入三乙胺混匀，待体系温度稳定后，边搅拌边滴加2-溴异丁酰溴，保持冰水浴搅拌反应6-12h，滤除沉淀，将滤液减压浓缩，浓缩比为(3-4)：1，加入冷的乙醚溶液，充分搅拌至没有沉淀再析出，得到悬液，将所述悬液置于冰水浴中并静置过夜后，分离沉淀，沉淀以冷的乙醚溶液洗涤，真空干燥，得到产物A；

其中，所述二氯甲烷与所述三乙胺、所述2-溴异丁酰溴的体积比例为100：(5-6)：(3-3.5)；