[发明专利]一种聚砜树脂基复合材料用碳纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚砜树脂基复合材料用碳纤维及其制备方法。本发明的聚砜树脂基复合材料用碳纤维的制备过程包括依次的聚合、纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、水洗、上浆前干燥、上浆、上浆后干燥、卷绕收丝的生产工序。其中：上浆时采用聚砜树脂基悬浮液上浆剂；所述聚砜树脂基悬浮液上浆剂由聚砜树脂粉末、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％，聚砜树脂粉末占65～75wt％，聚丙烯酸钠占10～15wt％，聚乙烯醇占15～20wt％。本发明所制备的碳纤维适用于制备聚砜树脂基复合材料，所制备的复合材料耐热性高，界面力学性能优异。

技术领域

本发明属于碳纤维制备技术领域，特别涉及一种聚砜树脂基复合材料用碳纤维及其制备方法。

背景技术

复合材料是近年来材料领域的重要发展方向，其中以碳纤维作为增强相，以高性能热固性或热塑性树脂作为基体制备的树脂基复合材料在航空航天、汽车、风电等诸多领域有广泛的应用前景。目前较为常用基体树脂多为热固性树脂，其存在韧性差、吸水率高、湿热条件下稳定性差等缺点，因此高性能热塑性树脂受到越来越多的关注。其中，聚砜树脂力学性能优异，耐温性高，具有良好的尺寸稳定性和突出的抗蠕变性，是一种具有良好应用前景的热塑性基体树脂。

碳纤维与聚砜基体树脂之间的界面由碳纤维、上浆剂、基体树脂等复合组成，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。常用的碳纤维上浆剂多为环氧树脂基乳液上浆剂，含有大量活性环氧基团，容易在外界高温及化学条件作用下开环固化，导致碳纤维及织物老化变硬。进一步会造成基体树脂铺展浸润困难，产品空隙疵点增加，力学性能受到影响。因此，传统环氧基乳液上浆剂不适用于碳纤维增强热塑性聚砜基复合材料。

中国专利201210566773.7公开了一种乳液型碳纤维，该上浆剂主剂包括2-40％的环氧树脂和1-20％的二苯砜或二苯醚改性剂，在一定程度上加强了碳纤维与聚砜类树脂的相互作用。但其主体树脂仍然为环氧树脂，上述老化固化及浸渍铺展等问题仍难以解决，所制备的碳纤维与基体树脂的加工及界面仍有较大困难。因此，开发一种聚砜树脂基复合材料专用的碳纤维有较高的工业应用价值。

发明内容

为解决目前碳纤维增强聚砜树脂基复合材料工业应用中出现的各种问题，本发明提出一种聚砜树脂基复合材料用碳纤维及其制备方法。本发明方法包括依次聚合、纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、水洗、上浆前干燥、上浆、上浆后干燥和卷绕收丝的生产工序。本发明在上浆工艺中引入了以聚砜树脂粉末为主体、以聚丙烯酸钠为主分散剂、以聚乙烯醇为稳定助剂、采用物理搅拌混合方法制备的新型悬浮液类碳纤维上浆剂，解决了聚砜基体树脂浸渍不良和纤维老化变硬等问题。在上浆工艺中引入上浆前红外辐射加热工艺，在上浆后干燥工序中引入卧式热风烘干箱烘干工艺，解决了聚砜树脂悬浮液上浆剂在碳纤维表面铺展的均匀性和纤维烘干等问题。

采用本发明所述方法制备的碳纤维表面涂覆由聚砜树脂为主体制备的上浆剂，不含环氧树脂或其他树脂组分，适用于制备聚砜树脂基复合材料。所制备的碳纤维可根据后续加工需要调整上浆量和收丝幅宽，减少后道加工应用的材料用量和加工难度，碳纤维预浸料、织物等产品的均匀性和稳定性好。所制备的复合材料耐热性高，界面力学性能优异。

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复合材料用碳纤维的制备方法，其包括依次聚合、纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、水洗、上浆前干燥、上浆、上浆后干燥和卷绕收丝的生产工序；其中：上浆在浸渍式上浆槽中进行，上浆剂采用聚砜树脂基悬浮液上浆剂；所述聚砜树脂基悬浮液上浆剂由聚砜树脂粉末、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％，聚砜树脂粉末占65～75wt％，聚丙烯酸钠占10～15wt％，聚乙烯醇占15～20wt％。