[发明专利]一种连续碳化硅纤维上浆剂及其应用

说明书

本发明公开了一种连续碳化硅纤维上浆剂及其应用，所述连续碳化纤维上浆剂按质量份数计，成分组成如下：水80～100份，水性聚氨酯改性环氧树脂5～20份，丙烯酸酯改性聚氨酯0.3～3份，乳化剂0.2～2份，柔顺剂0.2～2份。本发明所提供的连续碳化纤维上浆剂，采用水性聚氨酯改性环氧树脂与丙烯酸酯改性聚氨酯联用，在对连续碳化纤维上浆过程中，烘干时，水性聚氨酯改性环氧树脂与丙烯酸酯改性聚氨酯发生交联反应，由于纤维间交联点的存在，可以使纤维毛丝和毛团贴伏，提高了纤维之间的粘结力，抑制单丝纤维从纤维丝束中脱离出来，从而减少了毛团和毛丝量，从而提高了集束性、耐磨性。

技术领域

本发明涉及一种碳化硅纤维上浆剂，尤其涉及一种连续碳化硅纤维上浆剂及其应用。

背景技术

由先驱体法制备的碳化硅纤维具备高强高模、耐高温、抗氧化、低密度的特性，在航空航天领域有着极大的应用潜力，是提高航空发动机工作温度和推重比的关键材料。但是在将一维的碳化硅纤维加工为二维或者多维的碳化硅纤维增强复合材料过程中需要对纤维进行编织。由于碳化硅纤维属于脆性材料、断裂伸长率低、弹性小，且随着纤维长度的增加，纤维束丝强度会下降，编织过程中，当纤维和纤维、纱架之间相互摩擦时，很容易发生单丝断裂的情况，从而导致纤维束出现大量毛丝甚至断裂等现象，降低了碳化硅纤维编织体的性能，这不仅影响了碳化硅纤维的编织效率，也严重降低了碳化硅织物的产品质量。

为了改善碳化硅纤维的编织情况，则必须对纤维进行上浆处理。黄祥贤等人(CN109853268A)以PVA(聚乙烯醇)为主浆料配制的上浆剂成膜性好，粘结性强，可以很好地将纤维束紧紧的粘结在一起，集束性非常好，纤维毛丝大大减少，耐磨性增加，但是存在纤维硬挺度提高，柔韧性差的问题。张新元等人(CN111704478B)提出一种用于高强高模碳化硅纤维的上浆方法，该方法将去离子水、环氧树脂类浆料和亲水性柔软剂按一定比例配制成上浆剂，环氧树脂和亲水性柔软剂保证了上浆后纤维的柔顺度，避免了纤维过于硬挺而在编织时发生脆断的情况，但是在集束性上会有所欠缺，且体系中没有加入乳化剂，导致上浆剂的长期存放和使用的稳定性存在问题。宗晟等人(CN110172829A)以水性聚氨酯为主浆料配制成上浆剂，有效改善碳化硅纤维束表面浆膜柔软性，提高了纤维的集束性、耐磨性、强伸性，但是使用了酮类和胺类等具有毒性的有机物作为助剂，对人身安全造成一定威胁。

发明内容

针对上述问题，本发明的第一个目的在于提供一种连续碳化纤维上浆剂。本发明上浆剂的原料均为环境友好型物质，不具毒性，便于工业化大量生产使用。

本发明的第二个目的在于提供一种连续碳化纤维上浆剂的应用。将所述连续碳化纤维上浆剂对连续碳化纤维上浆后，上浆后的纤维不仅集束性、耐磨性好，而且还具备非常好的柔韧性，可以有效解决在编织过程中容易产生毛丝和断裂的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种连续碳化纤维上浆剂，按质量份数计，成分组成如下：水80～100份，水性聚氨酯改性环氧树脂5～20份，丙烯酸酯改性聚氨酯0.3～3份，乳化剂0.2～2份，柔顺剂0.2～2份。

本发明所提供的连续碳化纤维上浆剂，采用水性聚氨酯改性环氧树脂与丙烯酸酯改性聚氨酯联用，发明人发现，若单独的使用水性聚氨酯改性环氧树脂，上浆后的纤维很柔顺，但是集束性不好，纤维毛丝比较多，而当引入丙烯酸酯改性聚氨酯时所得连续碳化纤维上浆剂在对连续碳化纤维上浆过程中，烘干时，水性聚氨酯改性环氧树脂与丙烯酸酯改性聚氨酯发生交联反应，由于纤维间交联点的存在，可以使纤维毛丝和毛团贴伏，提高了纤维之间的粘结力，抑制单丝纤维从纤维丝束中脱离出来，从而减少了毛团和毛丝量，从而提高了集束性、耐磨性。

发明人在实验探索过程中，尝试了大量的配方，即使是改性聚氨酯，除了丙烯酸酯改性聚氨酯，发明人也还尝试了有机硅改性聚氨酯、有机氟改性聚氨酯等，结果只有丙烯酸酯改性聚氨酯与水性聚氨酯改性环氧树脂互配时，集束性、耐磨性最优，且丙烯酸酯改性聚氨酯还具有亲水性强，稳定性好的特点，使连续碳化纤维上浆剂更加的均匀稳定。