[发明专利]一种碳纤维聚酰亚胺上浆剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳纤维聚酰亚胺上浆剂及其制备方法和应用，属于高分子材料领域，具体方案如下：一种碳纤维聚酰亚胺上浆剂，包括聚酰亚胺、有机溶剂和去离子水，所述聚酰亚胺占上浆剂总质量的0.1～2％，去离子水占上浆剂总质量的90～96％，其余为有机溶剂；制备方法为：将聚酰亚胺溶于有机溶剂中，形成溶液A；向溶液A中逐滴去离子水，形成悬浊液型碳纤维聚酰亚胺上浆剂；将碳纤维在所述碳纤维聚酰亚胺上浆剂中浸渍1～15s后进行刮浆处理，然后烘干，使得聚酰亚胺在碳纤维表面成膜从而完成上浆处理。本发明不仅可以提高热塑性树脂基碳纤维复合材料的界面性能，还具有操作简便，上浆剂成品中有机溶剂含量少，绿色环保等优点。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种悬浊液型碳纤维聚酰亚胺上浆剂及其制备方法和应用。

背景技术

碳纤维增强复合材料发展至今，被广泛应用于航空航天，深海潜水器，军工等先进行业，这对碳纤维复合材料的性能提出了进一步的要求，其中以热塑性树脂为基体的新型复合材料具有广阔的应用前景。

上浆剂作为一种提高碳纤维原丝性能简单有效地手段，已经成为了生产碳纤维中必不可少的部分。目前市场上最常见的碳纤维上浆剂是环氧乳液型上浆剂，适用于最常见的环氧基碳纤维复合材料，但其耐热性能欠佳(5％分解温度一般不高于280℃)，不能满足成型条件一般在350℃以上的热塑性树脂基复合材料的生产，用于耐高温热塑性树脂的碳纤维所需上浆剂同时需要满足结构之间的相似性与优异的耐热性。

聚酰亚胺作为一种性能优异的工程塑料被广泛应用于航空航天、电子元器件等高新技术领域，聚酰亚胺膜因其机械性能、电学性能得到广泛的关注，借鉴其柔性薄膜的制备，也可将混杂薄膜涂覆于碳纤维上，达到类似于上浆剂的效果。但目前使用聚酰亚胺作为碳纤维热塑性上浆剂还少有报道，且出现的报道也多存在有机溶剂用量大、制备过程复杂以及助剂耐热性限制等问题。

发明内容

为了克服现有技术的局限，以提高碳纤维热塑性树脂复合材料的界面性能为目的，本发明提供了一种碳纤维聚酰亚胺上浆剂及其制备方法和应用，该方法操作简便，上浆剂成品中有机溶剂含量少，可以绿色环保的进行碳纤维的上浆工序。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种碳纤维聚酰亚胺上浆剂，包括聚酰亚胺、有机溶剂和去离子水，所述聚酰亚胺占上浆剂总质量的0.1～2％，去离子水占上浆剂总质量的90～96％，其余为有机溶剂。

进一步的，所述聚酰亚胺的合成单体为二酐单体和二胺单体，所述二酐单体为四苯甲酸酐，4,4’-联苯醚二酐，2,3,3’,4’-二苯醚四甲酸二酐，3,3’4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐，4,4’-联苯醚二酐，1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐中的一种或多种；所述二胺单体为4,4’-二氨基二苯醚，对苯二胺，3,3’-二甲基-4,4’-二氨基二环己基甲烷，3,3'-甲撑二苯胺，4,4'-二氨基二苯甲酮，4,4'-乙烯二苯胺中的一种或多种。

优选的，所述聚酰亚胺为可溶型热塑性聚酰亚胺。

进一步的，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和二甲基亚砜中的一种或多种。

一种碳纤维聚酰亚胺上浆剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将聚酰亚胺溶于有机溶剂中，形成质量分数为5～20％的溶液A；

步骤二：向溶液A中逐滴加入去离子水，稀释至溶液A中聚酰亚胺的质量分数为0.1～2％，形成悬浊液型碳纤维聚酰亚胺上浆剂。

进一步的，步骤二中，滴加去离子水的速度为每分钟10～120滴。

一种碳纤维聚酰亚胺上浆剂的应用，将碳纤维在所述碳纤维聚酰亚胺上浆剂中浸渍1～15s后进行刮浆处理，然后在85～170℃下烘干10～60s，使得聚酰亚胺在碳纤维表面成膜从而完成上浆处理。