[发明专利]一种含CNTs的乙烯基酯类碳纤维上浆剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种上浆剂及其制备方法，具体涉及一种含CNTs的乙烯基酯类碳纤维上浆剂及其制备方法，适应于碳纤维增强不饱和聚酯复合材料。

背景技术

研究表明，汽车整车重量下降10％，燃油效率可以提升6-8％，车辆每减重100kg，每公里可少排放5g的二氧化碳。当前汽车工业正在面临资源和环境的双重挑战，汽车轻量化势在必行。

先进复合材料中最具代表性的要属碳纤维增强环氧树脂复合材料，但是由于环氧树脂的价格较高，且较长的固化时间使得模具的利用效率降低，增加了生产成本。因此，各大汽车生产商都在努力需求低成本的复合材料体系。ASHLAND公司的MR13006型树脂，相比传统的环氧树脂具有明显的价格优势，当和适当的低收缩剂配合使用后可在较为宽泛的原料配比和成型条件下生产出具有A级表面的制品，既可以模压成型又可以注射成型。非常适合制备SMC、TMC和BMC制品。其快速固化的特性可以有效降低生产成本，提高生产效率。以上优势使得这一固化体系很适合商业模压成型。但碳纤维表面的乱层石墨结构使得纤维表面呈现化学惰性，与极性的不饱和聚酯界面相容性差，影响界面粘接，从而影响复合材料最终性能的发挥。解决二者界面的结合问题便成为了提升材料综合性能的关键问题。

发明内容

本发明的目的是要解决碳纤维同不饱和聚酯基体界面结合性能差的问题，而提供的一种含胺基功能化CNTs的乙烯基酯类上浆剂及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种含胺基功能化CNTs的乙烯基酯类上浆剂，由以下成分制备而成：树脂混合物0.5～2wt.％、胺基化CNTs0.1～1wt.％、丙酮：余量，所述树脂混合物按照质量比由乙烯基树脂10～20、自由基引发剂0.1～0.5和固化剂0.1～0.5混合而成。

一种含胺基功能化CNTs的乙烯基酯类上浆剂的制备方法，具体按以下步骤完成：

称取10～20g乙烯基树脂、0.1～0.5g自由基引发剂和0.1～0.5g固化剂混合均匀；称取0.5～2g树脂混合物与0.1～1g胺基化CNTs加入丙酮至溶液质量为100g，密封条件下超声震荡处理10～20min，得到含胺基功能化CNTs的乙烯基酯类上浆剂。

本发明中，乙烯基树脂为M7270乙烯基树脂。M7270为一端环氧基团，一端双键，且侧链具有大量羟基的乙烯基树脂，其分子式如下：

它相比传统的环氧树脂类上浆剂的优势在于端部双键可以参与到不饱和聚酯基体固化反应(利用双键之间的自由基反应)。另外环氧基团还可以和胺基化的CNTs发生发生。

本发明中，所述自由基引发剂为TBPB、BPO等，由于TBPB用于140摄氏度下高温固化，可以缩短固化时间，提高生产效率，因此本发明自由基引发剂为优选TBPB。

本发明中，所述固化剂为环氧树脂用咪唑类固化剂。

本发明针对碳纤维同MR13006型不饱和聚酯(Ashland公司生产)的界面结合问题，将胺基功能化后的碳纳米管通过上浆涂覆的方法引入复合材料界面，旨在纤维表面形成保护层的同时提高纤维同基体树脂间的界面结合，提高材料的力学性能。

本发明具有如下优点：

一、胺基化CNTs与M7270型乙烯基酯拥有良好的相容性，上浆剂可在纤维表面均匀涂覆；

二、M7270多羟基分子结构提高了其在纤维表面浸润，链短的乙烯基和环氧基分别同基体树脂和胺基化CNTs作用，使得上浆涂覆后的复合材料层间剪切性能提高34％。

附图说明

图1为胺基化前CNTs的SEM照片；

图2为胺基化后CNTs的SEM照片；

图3为上浆前纤维的SEM表面形貌图；

图4为上浆后纤维的SEM表面形貌图；

图5为纤维上浆前后复合材料的层间剪切强度；

图6为上浆前复合材料的剪切断口形貌；

图7为上浆后复合材料的剪切断口形貌；

图8为上浆前后复合材料冲击性能的变化。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：本实施方式提供了一种含胺基功能化CNTs的乙烯基酯类上浆剂及其制备方法，具体按以下步骤完成：

一、碳纳米管的胺基化处理