[发明专利]耐湿环氧树脂基碳纤维复合材料专用上浆剂及其制备方法

说明书

本发明技术方案公开了一种耐湿环氧树脂基碳纤维复合材料专用上浆剂及其制备方法，其中所述上浆剂，按重量份数计，包括：环氧树脂乳液40‑70份，聚乙烯醇水溶液3‑15份，改性或未改性的纳米二氧化硅硅溶胶5‑10份，固化剂20‑35份。本发明技术方案可以显著提高环氧树脂在含水或潮湿表面的湿润性及环氧树脂与碳纤维上浆界面的交联作用，克服了环氧树脂在水环境下固化不充分的弊端。

技术领域

本发明属于碳纤维复合材料领域，具体涉及一种耐湿环氧树脂基碳纤维复合材料专用上浆剂及其制备方法。

背景技术

碳纤维复合材料具有耐腐蚀、耐高温、力学性能好、弹性模量较高以及施工方便等优点，被成功应用于土木工程结构的加固修复。其中，在桥梁、隧道、地下管道等设施的补强需求方面有着不可比拟的优势，但是目前用于水下建筑物和基础设施的碳纤维树脂复合材料都处于一个研发阶段，它们难以移至陆地上来进行维修施工，而且面临固化粘结效率以及在上述恶劣条件下复合材料长期使用效果不可靠等问题，从而影响了纤维复合材料的应用，因此配套研发保证碳纤维和潮湿环境固化树脂结合的上浆剂体系，提高复材在潮湿环境中性能，具有非常重要的意义。

当碳纤维和树脂在潮湿环境中固化时，界面问题是影响树脂和碳纤维结合性的关键，因此碳纤维的上浆剂体系是亟待解决的技术难题。对于高潮湿环境或水环境下的固化，通常研究较多的是与复合材料成型工艺相匹配的环氧树脂体系，而针对碳纤维的上浆体系却较少涉及。现有环氧树脂和碳纤维复合的上浆剂，其上浆固化剂选用活性高而憎水的胺类，将严重影响水下粘结性，影响树脂和纤维的界面。另一些上浆剂采用改性环氧树脂制备水性环氧乳液型碳纤维上浆剂，其只是通用型环氧树脂上浆剂，并未针对潮湿环境，氨水和氢氧化钠等组分吸湿性强，同将影响树脂和碳纤维的水下粘结性和粘结效果，在潮湿环境中使用的碳纤维树脂和界面不能得到保证，同时还存在毒性和气味大等问题。

发明内容

本发明技术方案解决的技术问题是提供一种耐湿环氧树脂基碳纤维复合材料专用上浆剂及其制备方法，可以显著提高环氧树脂在含水或潮湿表面的湿润性及环氧树脂与碳纤维上浆界面的交联作用，克服了环氧树脂在水环境下固化不充分的弊端。

为解决上述技术问题，本发明技术方案一方面提供一种耐湿环氧树脂基碳纤维复合材料专用上浆剂，按重量份数计，包括：环氧树脂乳液40-70份，聚乙烯醇水溶液3-15份，改性或未改性的纳米二氧化硅硅溶胶5-10份，固化剂20-35份；其中，所述环氧树脂乳液包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、无水乙醇及水，其中所述双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂的总质量与所述无水乙醇的质量之比为1:(10-15)，所述双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂的总质量与所述水的质量之比为1:(5-20)；在所述聚乙烯醇水溶液中，聚乙烯醇与水的质量比为1:(20-50)；所述固化剂包括水性咪唑啉。

可选的，所述双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂的环氧值为150-250，且所述双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂的质量比为(4-1):1。

可选的，按重量分数计，包括：环氧树脂乳液55-65份，聚乙烯醇水溶液5-8份，改性或未改性的纳米二氧化硅硅溶胶8-10份，固化剂23-28份。

可选的，所述未改性的纳米二氧化硅硅溶胶的制备方法包括：采用正硅酸乙酯和乙醇按质量比为1:(8-15)搅拌均匀后，调节pH至7.5-10，在20-80℃下加热搅拌0.1-8.0小时，离心洗涤后滴加第一质量的水，且所述第一质量是正硅酸乙酯质量的8-10倍，冷却得到未改性的纳米二氧化硅硅溶胶。

可选的，所述改性的纳米二氧化硅硅溶胶的制备方法包括：将未改性的纳米二氧化硅硅溶胶烘干得到纳米二氧化硅粉末，将所述纳米二氧化硅粉末和乙醇按质量比为1:(8-15)搅拌均匀后，加入硅烷偶联剂，在20-80℃下加热搅拌0.1-8.0小时，经离心洗涤后滴加第二质量的水，得到改性的纳米二氧化硅硅溶胶，其中所述第二质量是所述纳米二氧化硅粉末与所述硅烷偶联剂总质量的8-10倍。