[发明专利]一种聚砜树脂基碳纤维悬浮液上浆剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚砜树脂基碳纤维悬浮液上浆剂及其制备方法。聚砜树脂基碳纤维悬浮液上浆剂组分由聚砜树脂粉末、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇和去离子水组成。按照固体组分的总质量为100％计，其中，聚砜树脂粉末65～75wt％，聚丙烯酸钠10～15wt％，聚乙烯醇15～20wt％。本发明所制备的上浆剂用于制备碳纤维，所制备的上浆碳纤维适用于聚砜树脂基复合材料用碳纤维织物、预浸料等中间体，耐温性高，界面结合能力强。

技术领域

本发明属于碳纤维上浆剂技术领域，特别涉及一种聚砜树脂基悬浮液型上浆剂及其制备方法。

背景技术

聚砜树脂是一种优良的工程塑料，力学性能优异，具有良好的尺寸稳定性和突出的抗蠕变性，成型收缩率小，热稳定性突出。因此，聚砜树脂是一种重要的热塑性耐热工程塑料，也是一种极具应用前景的复合材料基体树脂。近年来，碳纤维增强聚砜树脂复合材料因其独特的理化性能，受到国内外工程技术人员的重视，其中关注较多的是碳纤维与聚砜树脂的工艺和界面性能。碳纤维增强聚砜树脂复合材料的两相界面由碳纤维、上浆剂、基体树脂等复合组成，其中上浆剂作为碳纤维与基体树脂之间的中间层，起到重要的过渡作用。

目前常用的碳纤维上浆剂通常为环氧树脂基乳液上浆剂，但在实际应用过程中发现，其不适用于碳纤维增强聚砜基复合材料。这主要是由于，聚砜树脂通常需要在较高温度下加工应用，而采用传统环氧树脂型上浆剂制备的碳纤维，其表面含有大量的活性环氧基团，容易在高温条件下被催化固化，导致碳纤维及中间体硬化僵化，进一步会造成基体树脂组分铺展浸润困难、空隙疵点增加，对复材产品性能造成恶劣影响。

中国专利201210566771.8公开了一种由2-40％的环氧树脂、1-20％的聚砜类改性剂、0-96.5％的水和0.5-15％的表面活性剂制备得到乳液型碳纤维用上浆剂，因其所采用的改性剂与聚砜树脂具有类似的结构单元，因此在一定程度上提高了碳纤维与聚砜类树脂的结合强度。但该类上浆剂仍然是以环氧树脂为主体，上述加工应用过程中的各种缺陷仍难以避免。

采用传统方法制备纯聚砜树脂基碳纤维上浆剂，通常需要对聚砜树脂进行化学接枝改性处理或采用大量有机溶剂溶解，制备工艺复杂，涉及多种溶剂、危废等污染物，对环境影响较大，经济性差。

发明内容

为了解决目前环氧树脂类上浆剂在聚砜树脂基复合材料中出现的各种问题，本发明提供一种以聚砜树脂粉末为主体的稳定的悬浮液型碳纤维上浆剂及其制备方法。本发明采用的聚砜树脂粉末制备工艺成熟，可工业化规模应用。本发明所述上浆剂组分中仅引入了和基体树脂具有类似结构的聚砜树脂粉末作为主剂，不含环氧树脂或其他树脂组分，和基体树脂的相容性和匹配性高，也避免了环氧基上浆剂的老化硬化等各种应用问题。本发明所述上浆剂制备方法工艺简单，加工设备要求低，避免了传统化学接枝改性制备难、污染大、稳定性差、经济效益低等问题。采用本发明所述方法制备的碳纤维上浆剂，可均匀涂覆在碳纤维表面，所制备上浆碳纤维可用于制备聚砜树脂基复合材料，耐温性高，界面结合能力强。

本发明中，为了使聚砜树脂粉末在水性介质中能够良好分散，引入了聚丙烯酸钠作为主分散剂，其电离后带负电荷，可以吸附在聚砜树脂粉末表面，使粉末颗粒间产生静电斥力，形成双电层稳定性，达到良好分散效果。同时，引入了含有较多羟基基团的聚乙烯醇作为稳定助剂，能够通过氢键等化学结合作用与聚砜树脂产生有效的结合，同时利用其突出的水溶性提高聚砜粉末与聚丙烯酸钠组成的微团颗粒在水中的稳定性。

本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种聚砜树脂基碳纤维悬浮液上浆剂，其由聚砜树脂粉末、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇和去离子水组成；按照固体组分的总质量为100％计，其中：

聚砜树脂粉末 65～75wt％

聚丙烯酸钠 10～15wt％