[发明专利]一种双马来酰亚胺乳液型上浆剂及其制法

说明书

技术领域

本发明属于碳纤维上浆剂技术领域，特别涉及一种双马来酰亚胺乳液型上浆剂及其制法。

技术背景

上浆是碳纤维生产工艺中一道十分重要的工序，被业界视为碳纤维生产中亟待突破的六大关键技术之一。碳纤维上浆的目的主要包括以下三方面：(1)避免表面处理后高活性的纤维表面吸附空气中的水分和灰尘，保持纤维表面的洁净；(2)改善纤维的可加工性，主要是增加纤维的耐摩擦性，避免毛丝和断丝的产生以及实现纤维的集束性，方便纤维在后续编织及复合材料制备等过程中的加工；(3)改善纤维与树脂间的界面结合强度。上述三方面中，前两方面对于上浆剂的种类并不敏感，是所有上浆剂都需具备的基本作用。第三方面对于上浆剂的种类十分敏感，提高纤维与树脂间的相容性主要依靠上浆剂中上浆树脂与制备复合材料所用树脂间的相容性实现。树脂所包含的种类繁多，并不能单纯依靠一种或几种上浆树脂的混合，实现对所有用于碳纤维复合材料加工树脂的良好相容，需要依据实际需求中具体基体树脂的特性，有针对性的选择上浆剂。因此，不同上浆剂的种类实际决定了适合与其处理后纤维复合的树脂种类。换言之，虽然按照同一力学性能标准生产的碳纤维未上浆前属于同类产品，但是不同生产厂家间由于选择了不同的上浆剂，最终上浆后的碳纤维存在显著的不同，因此上浆剂种类在很大程度上影响碳纤维的最终用途。如果在制备碳纤维复合材料过程中，忽视碳纤维表面上浆剂与基体树脂间的匹配，将无法获得碳纤维与基体树脂间高的界面结合强度，从而大大限制碳纤维增强作用的发挥。由于任何一类树脂，与其相容性最佳的就是同类树脂，因此制备上浆剂所选用树脂的最理想材料，就是与之处理后纤维所增强树脂的同类树脂。

目前，由于环氧树脂在碳纤维复合材料制备过程中的广泛使用，现有碳纤维上浆剂多为环氧树脂上浆剂(如：CN101886336、CN1271276、CN101858037、CN102828416、CN102206919、CN102212967、CN101858038、CN101736593、CN101845755和CN101880967)，以实现上浆纤维与环氧树脂间的良好相容。但是环氧上浆剂应用于增强双马来酰亚胺树脂的碳纤维时，不但与双马来酰亚胺树脂间相容性差，而且环氧树脂耐温性明显低于双马来酰亚胺树脂，在双马来酰亚胺复合材料的应用中易发生界面层分解，影响复合材料的整体力学性能。开发一种以双马来酰亚胺树脂为主浆料的上浆剂，可以明显提高上浆后碳纤维与双马来酰亚胺树脂间的界面结合强度，并且满足碳纤维/双马来酰亚胺复合材料在应用中对上浆剂耐温性能的要求。

发明内容

针对通用碳纤维表面环氧上浆剂与双马来酰亚胺树脂间相容性差，以及不能满足碳纤维/双马来酰亚胺复合材料在耐高温应用中对上浆剂耐高温要求的问题，本发明提供一种耐温性能与双马来酰亚胺树脂相匹配的双马来酰亚胺乳液型上浆剂，提高上浆后碳纤维与双马来酰亚胺树脂间界面结合强度。

本发明的另一目的是，提供一种双马来酰亚胺乳液型上浆剂的制法。

一种双马来酰亚胺乳液型上浆剂，其组成和各组分的质量分数如下：

(1)主浆料：0.5％～2.0％，

(2)乳化剂A：0.1％～0.2％，

(3)乳化剂B：0.1％～1.8％，

(4)去离子水：96.0％～99.3％。

如上所述，主浆料为N,N'-间苯撑双马来酰亚胺(CAS号：3006-93-7)或N,N'-4,4'-二苯甲烷双马来酰亚胺(CAS号：13676-54-5)。

如上所述，乳化剂A为司班60或司班80。

如上所述，乳化剂B为吐温40、吐温60、吐温80或OP-10。

一种双马来酰亚胺乳液型上浆剂的制法，具体是通过以下步骤实现的：

(1)按上浆剂组成中各组成，分别称取主浆料、乳化剂A、乳化剂B和去离子水；

(2)按主浆料与丙酮的质量比1:4～5称取丙酮，将主浆料溶解于丙酮中；

(3)控制主浆料溶液的温度为30～50℃，通过乳化机搅拌主浆料溶液，在转速为8000～12000rpm条件下，向体系中加入乳化剂A，并继续高速搅拌10～30min，得到的乳液，标记为乳液A；

(4)将去离子水升温至70～85℃，通过乳化机进行搅拌，在转速为8000～12000rpm条件下，向体系中加入乳化剂B，并继续高速搅拌10～30min，再自然冷却至室温，得到的乳液，标记为乳液B；