[发明专利]一种聚苯硫醚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苯硫醚树脂基碳纤维悬浮液上浆剂及其制备方法。其由聚苯硫醚树脂粉末、聚丙烯酸钠、聚乙二醇和去离子水组成；按照固体组分的总质量为100％计，其中：聚苯硫醚树脂粉末65～75wt％，聚丙烯酸钠12～17wt％，聚乙二醇13～18wt％。本发明的上浆剂所制备的上浆碳纤维适用于聚苯硫醚树脂基复合材料用碳纤维织物、预浸料等中间体，具有良好的力学性能、耐温性和两相界面结合力。

技术领域

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

背景技术

碳纤维是一种轻质高强无机材料，其比强度/模量高、耐高温，已在航空航天领域得到广泛应用。聚苯硫醚树脂是一种新型高性能热塑性树脂，其硫原子与苯环交互整齐排列，赋予分子高度稳定的化学键特性，并易于堆积成热稳定性较高的结晶格子，具有机械强度高、耐高温、耐化学药品性等诸多优点。以碳纤维作为增强相，以聚苯硫醚作为基体相，可以制备成具有优异理化性能的碳纤维增强聚苯硫醚树脂基复合材料，是高端工业装备、新能源汽车、高性能电子元器件等新兴产业领域重要的配套材料。

两相界面性能是制约碳纤维增强聚苯硫醚树脂基复合材料性能的重要因素，而碳纤维上浆剂是影响两相界面的关键材料。目前碳纤维工业领域多采用环氧树脂基乳液型碳纤维上浆剂，这类上浆剂和聚苯硫醚树脂的界面结合能力一般，很难发挥复合材料的优异性能。同时，由于环氧树脂中存在大量高活性环氧基团，在高温加工处理过程中容易开环老化固化，造成纤维团聚或变硬，难以分散铺展。进一步会造成高粘度聚苯硫醚树脂向碳纤维束内部流动的阻力变大，浸渍成型困难，复材产品性能产生缺陷。

中国专利201210494554.2公布了一种乳液型碳纤维用上浆剂，该上浆剂由2-40％的环氧树脂、1-20％的聚苯硫醚类改性剂、0-96.5％的水和0.5-15％的表面活性剂制备得到。其所采用的改性剂与聚苯硫醚有类似或相同的结构单元，可以一定程度改善两相界面结合力。但改性剂分子量小，添加比例少，对两相界面的改善效果有限。同时，上浆剂主体仍然存在大量的环氧树脂，加工过程中的老化硬化现象难以解决。

采用传统方法制备纯聚苯硫醚树脂基碳纤维上浆剂，通常需要对聚苯硫醚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苯硫醚树脂基复合材料中出现的各种问题，本发明提出一种以聚苯硫醚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。本发明采用的聚苯硫醚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苯硫醚树脂粉末作为主剂，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，制备工艺和设备简单，成本低廉，安全环保。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苯硫醚树脂基复合材料，具有良好的力学性能、耐温性和两相界面结合力。

本发明中，为了使聚苯硫醚粉末在水性介质中能够良好分散，本发明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，引入了化学结构规整的聚乙二醇作为稳定助剂，和同样规整结构的聚苯硫醚树脂有优异的结合能力，早水性介质中的两亲性良好，聚苯硫醚粉末与聚丙烯酸钠组成的微团颗粒在水中的稳定性可进一步得到改善提高。

本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种聚苯硫醚树脂基碳纤维悬浮液上浆剂，其由聚苯硫醚树脂粉末、聚丙烯酸钠、聚乙二醇和去离子水组成；按照固体组分的总质量为100％计，其中：

聚苯硫醚树脂粉末 65～75wt％