[发明专利]一种用于碳纤维上浆剂的耐磨剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种用于碳纤维上浆剂的耐磨剂及制备方法，特别指一种聚丙烯酰胺改性纳米片层二硫化钼基耐磨剂。

背景技术

碳纤维具有高比强度、高比模量等一系列优异性能而被广泛应用，但是因碳纤维韧性差，耐磨擦性差，在生产及加工过程中，会擦毛断头使开口不清，经机械摩擦容易产生毛丝及单丝断裂等现象，使其强度降低。在纤维生产过程中，通过上浆可以很好的解决上述问题，上浆已经成为纤维生产过程中非常重要的一个环节。随着碳纤维复合材料工业的不断发展，对上浆剂的性能要求也不断提高，从单纯的保护碳纤维逐渐演变成为了可以增强碳纤维复合材料界面粘结强度，提高复合材料力学性能，即由通用型上浆剂向功能型上浆剂发展。

上浆剂中的助剂能够很好的改善上浆剂在使用过程中的性能稳定性，耐磨剂是助剂中的一种，能够提高材料的耐磨性能，有效防止纤维之间粘结，而目前常见的耐磨剂具有成分的不稳定性和相容性差的缺点，因此研发具有良好性能的用于制备碳纤维上浆剂的耐磨剂具有重要意义。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种用于碳纤维上浆剂的耐磨剂及制备方法，该耐磨剂通过使用聚丙烯酰胺改性制备的纳米片层二硫化钼分散液，可以用于制备具有特殊用途的上浆剂，部分优化纤维及其复合材料界面性能和宏观性能。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种用于碳纤维上浆剂的耐磨剂，包括聚丙烯酰胺改性纳米片层二硫化钼分散液、分散剂、硅油和高级脂肪酸；其中所述聚丙烯酰胺改性纳米片层二硫化钼分散液为纳米片层二硫化钼分散液经聚丙烯酰胺改性后的分散液；其中所述聚丙烯酰胺改性方式为将聚丙烯酰胺原位接枝在已有效剥离的纳米片层二硫化钼表面。

进一步地，所述聚丙烯酰胺改性纳米片层二硫化钼分散液的重量份为1-32，所述分散剂的重量份为1-5，所述硅油的重量份为60-90，所述高级脂肪酸的重量份为1-3。

进一步地，所述分散剂包括Solulan5、Solulan98、Solulan16，Solulan25、和Solulan97中的一种或两种以上。

进一步地，所述硅油包括未取代的聚二甲基硅氧烷和被具有2-20个碳原子的烷基取代的聚二甲基硅氧烷；25℃时，所述被具有2-20个碳原子的烷基取代的聚二甲基硅氧烷的黏度为2-100mm²/s。

进一步地，所述高级脂肪酸包括具有12-24个碳原子的月桂酸、肉豆蔻酸、木质素酸、棕榈酸、油酸中的一种或两种以上。

本发明另一方面还提供一种用于碳纤维上浆剂的耐磨剂的制备方法，由聚丙烯酰胺改性纳米片层二硫化钼分散液配置而成，其中所述聚丙烯酰胺改性纳米片层二硫化钼分散液的制备方法包括以下步骤：

1)配置异丙醇和水的混合液，其中异丙醇在所述混合液中的体积比例为30％-70％，再加入微晶尺寸小于100微米的二硫化钼，形成二硫化钼浓度为10mg/mL的分散液；

2)将步骤1)所得分散液进行超声、静置后，离心获取上层分散液，将片层状二硫化钼有效地剥离，然后去除大颗粒、未剥离的部分；

3)将步骤2)所得分散液进行聚丙烯酰胺改性处理：加入丙烯酰胺和过硫酸铵，反应获得聚丙烯酰胺改性纳米片层二硫化钼分散液。

进一步地，上述制备方法还包括：称取一定量所述聚丙烯酰胺改性纳米片层二硫化钼分散液按照配比原则与分散剂、硅油和高级脂肪酸在40-80℃下混合，用超声分散1-6h。

进一步地，步骤2)所述超声功率为100W，超声处理时间为1-8h，静置时间为4-12h，离心转速为2000-6000rpm。

进一步地，步骤3)所述丙烯酰胺和过硫酸铵的加入重量份比例为10:1-200:1,丙烯酰胺与二硫化钼的重量份比例为5:1-25:1，温度为40-80℃，反应时间为4-96h。

进一步地，步骤3)所述丙烯酰胺和过硫酸铵的加入重量份比例为100：1,丙烯酰胺与二硫化钼的重量份比例为10:1，温度为60℃，反应时间为48h。

本发明有益效果如下：

本发明耐磨剂能有效地作为特殊用途碳纤维上浆剂成分使用，能够解决目前常见的耐磨剂成分的不稳定性和相容性差的缺点，明显改善产品的耐磨和加工性能，本发明的制备方法操作简单，成本低，在实际应用中可以通过改变耐磨剂中组分的配比，应用于不同种类的上浆剂基体，在碳纤维、玻璃纤维等的制备过程中可以起到很好的保护作用，同时对复合材料的力学性能有所提高。这种功能型的耐磨剂可以部分优化纤维及其复合材料界面性能和宏观性能。