[发明专利]一种碳纤维用复合型水性乳液上浆剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维用上浆剂技术领域，具体涉及一种碳纤维用复 合型水性乳液上浆剂及其制备方法。

背景技术

碳纤维具有高的比强度和比模量，是目前先进复合材料的主要增 强材料之一，被广泛应用于航空航天，体育器材和工业领域。与传统 材料相比，碳纤维复合材料具低密度、高强度、高模量、耐高温、耐 高温、耐化学腐蚀、低电阻、高导热、低热膨胀、耐化学辐射等特性。 还具有纤维的柔曲性和可编性，因此碳纤维被当作高科技先进材料的 代表。

在高性能碳纤维的众多生产制造工艺中，碳纤维的上浆工艺流程 是不可缺少的重要环节。首先，上浆剂在碳纤维表面均匀涂覆，可以 改变纤维表面形貌，即表面粗糙度发生变化，有助于强化纤维与树脂 基体间粘附锚定效应；其次，上浆剂可以在碳纤维表面形成功能性有 机高分子层，从而改变碳纤维本来惰性的表面，使表面能提高，容易 实现树脂基体在其表面的充分浸润；再次，上浆涂覆后的碳纤维表面 的极性等活性基团含量增加，上浆剂中聚合物分子在温度控制下易于 与树脂基体发生作用，形成了化学键合使纤维与树脂基体结合得更加 牢固。最后，通过改变上浆剂体系主要成分的分子类型，实现碳纤维 在不同树脂基体中的应用，形成碳纤维产品和相应复合材料的多样化 和适应性。

由于碳纤维上浆剂对于碳纤维制造和产品性能的重要性，国外各 碳纤维生产公司对于上浆剂配方严格保密，相关的文献报道极少。因 此，研制出适合生产的高性能碳纤维用上浆剂迫在眉睫。

环氧树脂是热固性树脂中收缩率最小的一种，具有良好的力学性 能、粘结性能和耐化学腐蚀性能等特点，尤其耐碱性更为优越，常常 被用于制作胶黏剂和防腐涂层的主体，并在电子、电气、机械制造、 化工防腐等许多工业领域中起到越来越重要的作用，成为各工业领域 中不可或缺的基础材料，并逐步朝着“高纯化、精细化、专用化、系 列化、配套化、功能化”六个方向发展，以此满足各个行业对环氧树 脂提出的不同性能要求。水性环氧树脂由于其具有较高的力学性能、 优良的附着粘接性能、良好的化学稳定性和耐热性、不含或少含有机 溶剂，从而使其应用领域大大扩展但环氧树脂固化后交联密度高，呈 三维网状结构，存在内应力大、质脆、耐疲劳性与耐冲击性差等不足， 加之表面能高，在很大程度上限制了其应用。

目前，通过改性环氧树脂来增韧基体树脂的研究已取得了显著的 成果，其增韧途径主要有两种：(1)用含“柔性链”的固化剂固化环氧， 在交联网络中引入柔性链段，提高网链分子的柔顺性，达到增韧的目 的；(2)用热固性树脂连续贯穿于环氧树脂网络中形成互穿、半互穿网 络结构来增韧从而使环氧树脂韧性得到改善。

同时，热塑性树脂的发展速度也非常迅速，已大大超过热固性树 脂的发展速度，这主要是由于热塑性树脂具有密度小、强度高、性能 可设计性自由度大、高耐热性、废料回收利用性好等优良性能。在环 氧树脂基体中加入一定量的高性能热塑性树脂，可以使碳纤维以较小 的质量获得更高的机械强度，提高强度应用档次；可以形成颗粒分散 相，使环氧树脂的韧性得到提高，而且不降低其刚度和耐热性。因此 用热塑型树脂增韧水性环氧树脂逐渐成为一个热门研究方向。

值得一提的是，经过不断地探索和努力，制备出一种碳纤维用复 合型水性乳液上浆剂。该复上浆剂附着在纤维表面，改善热塑性树脂 与纤维间的界面粘接,利用水性环氧树脂的粘接性、耐腐蚀性、绝缘性、 高强度等性能,改性热塑性树脂,实现两者性能优化组合,赋予热塑性 树脂更好的性能。该复合乳液上浆剂干燥后形成皮膜将织物表面包裹， 赋予碳纤维平滑、厚实、丰满、硬挺的手感，使湿法预浸料、双向编 织布等复合材料的物理性能及力学性能优异且稳定。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种由热塑性上浆剂、水性 改性环氧树脂乳液和增韧助剂共同组成的复合型水性乳液上浆剂，该 复合乳液上浆剂具备浸润性好、界面粘结性强、高韧、强度高、稳定 性好、环保无污染、制备工艺简单易操作等优点，适合直接应用于批 量化的工业生产。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种碳纤维用复合型水性乳液上浆剂，由以下物质组成：热塑性 上浆剂、水性改性环氧乳液、增塑助剂。