[发明专利]一种用于碳纤维的上胶剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于碳纤维的上胶剂及其制备方法，由环氧树脂水乳液和水性胺类固化剂组成，所述的水性胺类固化剂为聚乙二醇改性的二氨基二苯甲烷（P‑DDM），其中水性胺类固化剂的用量为理论用量的5‑20%。本发明的上胶剂在保证安全卫生等优点基础上，进一步提高其集束性和耐磨性，且能提高环氧树脂基碳纤维复合材料的界面粘接强度。

技术领域

本发明属于有机化学和纤维材料领域，具体涉及一种用于碳纤维的上胶剂及其制备方法。

背景技术

碳纤维是20世纪50年代后发展起来的一种增强材料，它具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、导电和热膨胀系数小等一系列优异性能，因此被广泛用于航空航天、体育器材等领域。由于碳纤维伸长率低，属脆性材料，在生产及后加工过程中，经过机械摩擦单丝容易断裂，产生毛丝，使纤维及其复合材料的性能下降。因此，通常碳纤维表面要涂上一层保护胶，即上胶剂，使纤维集束，减少相对摩擦，避免后加工过程中产生毛丝。碳纤维通常需要与树脂基体复合以复合材料的形式使用，而碳纤维的高比强度、高比模量等优异的力学性能要得到充分的发挥，需要碳纤维与树脂基体间粘接良好。碳纤维经过高温热处理后，表面活性点少，惰性大，与基体树脂的粘接性能较差。碳纤维表面的上胶剂在纤维与树脂基体之间引入适当的界面层，可以增加与基体树脂的浸润性，使碳纤维与树脂基体很好地结合，提高界面的粘接强度。由于碳纤维增强复合材料的基体树脂较多情况下为环氧树脂，因此碳纤维用上胶剂以环氧树脂乳液为主，这种水乳液型上胶剂虽然克服了早期溶剂型上胶剂的安全、卫生等问题，但由于制备乳液时加入了乳化剂等助剂，对碳纤维丝束的集束性、耐磨性等有负面影响。

发明内容

为了现有技术中遇到的上述问题，本发明提供一种用于碳纤维的上胶剂及其制备方法，在保证乳液型上胶剂安全卫生等优点基础上，进一步提高其集束性和耐磨性，且能提高环氧树脂基碳纤维复合材料的界面粘接强度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于碳纤维的上胶剂，由环氧树脂水乳液和水性胺类固化剂组成，所述的水性胺类固化剂为聚乙二醇改性的二氨基二苯甲烷（P-DDM），其中水性胺类固化剂的用量为理论用量的5-20%。

在本发明的优选的实施方案中，所述的碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维或是沥青基碳纤维。

在本发明的优选的实施方案中，所述的环氧树脂水乳液的主体树脂为双酚A型环氧树脂。

在本发明的优选的实施方案中，所述聚乙二醇改性的二氨基二苯甲烷（P-DDM）的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备环氧改性聚醚化合物：将聚乙二醇（PEG）、乙二醇二缩水甘油醚溶于溶剂丙酮中，以三氟化硼乙醚络合物为催化剂进行溶液催化聚合反应，得到环氧改性聚醚化合物（E-PEG）；

（2）聚乙二醇改性的二氨基二苯甲烷（P-DDM）：将高温固化剂二氨基二苯甲烷（DDM）溶于丙酮中，加入步骤（1）制得的环氧改性聚醚化合物（E-PEG），在130℃下反应3h，脱除溶剂后即可得到聚乙二醇改性的二氨基二苯甲烷（P-DDM）。

在本发明的优选的实施方案中，制备环氧改性聚醚化合物时反应温度控制在25-45℃，反应时间2-3小时。

在本发明的优选的实施方案中，步骤（1）中，使用的聚乙二醇分子量为800-4000，聚乙二醇和乙二醇双缩水甘油醚摩尔比为1:2.2。

在本发明的优选的实施方案中，步骤（1）中，催化剂三氟化硼乙醚络合物的用量为聚乙二醇质量的0.5%-3%。

在本发明的优选的实施方案中，步骤（2）中，二氨基二苯甲烷（DDM）与环氧改性聚醚化合物（E-PEG）的摩尔比为2.1-2.5:1。

本发明还保护所述的上胶剂的制备方法，将水性胺类固化剂添加到环氧树脂水乳液中，得到所述的上胶剂。