[发明专利]一种聚醚酰亚胺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醚酰亚胺树脂基碳纤维悬浮液上浆剂及其制备方法。聚醚酰亚胺树脂基碳纤维悬浮液上浆剂由聚醚酰亚胺树脂粉末、聚丙烯酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚和去离子水组成；以固体组分的总质量为100％计，其中：聚醚酰亚胺树脂粉末65～75wt％，聚丙烯酸钠12～17wt％，烷基酚聚氧乙烯醚13～18wt％。本发明所制备的上浆剂用于制备的上浆碳纤维适用于聚醚酰亚胺树脂基复合材料用碳纤维织物、预浸料等中间体，工艺性能好，耐温性和界面结合能力优异。

技术领域

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

背景技术

聚醚酰亚胺树脂由规则交替重复的醚和酰亚胺环构成，具有优异的机械性能、耐高温及尺寸稳定性，广泛应用于耐高温电子电气、工业设备等高端制造领域。在聚醚酰亚胺树脂中，加入碳纤维作为增强相，可以制备成性能优异的碳纤维增强聚醚酰亚胺树脂基复合材料。该种材料结合了碳纤维和聚醚酰亚胺树脂各自特性，具有广泛的应用前景。

碳纤维增强聚醚酰亚胺树脂基复合材料的界面层是影响复材产品性能的重要因素。界面层通常由碳纤维-上浆剂-基体树脂三相组成，其中上浆剂起到了关键的过渡传递作用，其应具有相容性高、高温稳定性好、加工过程无明显化学变化等特性。目前常用的碳纤维上浆剂为环氧树脂基乳液上浆剂，由环氧树脂、表面活性剂、水、功能助剂等复配组成。采用此类上浆剂制备的碳纤维，与环氧树脂基体具有较好的相容性和界面强度，但实际应用中发现，其不适用于聚醚酰亚胺树脂体系复材的制备。一方面是由于环氧树脂与聚醚酰亚胺树脂的结合强度不高；另一方面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，树脂浸润性变差，产品疵点和缺陷增加。

中国专利201410012914.X公布了一种聚醚酰亚胺水乳液型碳纤维上浆剂，由20％～35％主浆料、2％～7％乳化剂、58％～78％去离子水组成，其中主浆料由聚醚酰亚胺树脂和二氯甲烷溶剂组成。该方法能够提高碳纤维与聚醚酰亚胺间界面结合强度，但其中含有大量低沸点可挥发性溶剂，安全性和环保性不佳，同时产品稳定性容易受到影响。

发明内容

为了解决目前环氧树脂类上浆剂在聚醚酰亚胺树脂基复合材料中出现的各种问题，本发明提出一种以聚醚酰亚胺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。本发明采用的聚醚酰亚胺树脂粉末制备工艺成熟，可工业化规模应用。采用传统方法制备纯聚醚酰亚胺树脂基碳纤维上浆剂，通常需要对聚醚酰亚胺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。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醚酰亚胺树脂粉末作为主剂，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、污染大等问题，不需要化学合成改性处理，采用物理混合的方式加工制备，环境友好，综合成本更低。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醚酰亚胺树脂基复合材料，工艺性能好，耐温性和界面结合能力优异。

本发明中，为了使聚醚酰亚胺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，引入了具有芳基基团的烷基酚聚氧乙烯醚作为稳定助剂，其与分子结构中含有大量芳环结构的聚醚酰亚胺具有较好的吸附结合能力，同时利用其良好的两亲性，促进聚苯硫醚粉末与聚丙烯酸钠组成的微团颗粒水中更加稳定存在。

本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种聚醚酰亚胺树脂基碳纤维悬浮液上浆剂，其由聚醚酰亚胺树脂粉末、聚丙烯酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚和去离子水组成；以固体组分的总质量为100％计，其中：

聚醚酰亚胺树脂粉末 65～75wt％