[发明专利]一种适用于碳纤维的水性改性氯化聚丙烯上浆剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种适用于碳纤维的水性改性氯化聚丙烯上浆剂及其制备方法和应用。所述的上浆剂包括：改性氯化聚丙烯、乳化剂和去离子水；其中，所述改性氯化聚丙烯是由氯化聚丙烯、丙烯酸单体与引发剂反应获得，通过在氯化聚丙烯上接枝丙烯酸单体，取代氯化聚丙烯中的氯的含量，使得改性氯化聚丙烯具有较好的热稳定性；由于改性氯化聚丙烯能够溶于有机溶剂，然后通过乳液溶剂挥发法制得不含有机溶剂的水性改性氯化聚丙烯上浆剂，制备的上浆剂能够有效提高碳纤维/聚丙烯复合材料的界面结合能力；并且可有效解决碳纤维与聚丙烯基体树脂相容性的问题，与碳纤维与聚丙烯复合材料相比，采用本发明上浆剂处理的碳纤维与聚丙烯复合材料力学性能更好。

技术领域

本发明属于上浆剂材料领域，具体涉及一种适用于碳纤维的水性改性氯化聚丙烯上浆剂及其制备方法和应用。

背景技术

聚丙烯(PP)是综合性能良好的热塑性合成树脂，具有高效的机械性能、热稳定性和化学稳定性。短切碳纤维(SCF)增强热塑性复合材料是目前受到广泛关注的一类复合材料，具有加工性能好、比强度高、密度低等优点。然而，未经处理的碳纤维表面能较低，呈化学惰性，与树脂的浸润性较差，导致复合材料的界面结合力较弱。

碳纤维表面改性方法多样，包括如热处理、湿化学、电化学处理、化学气相沉积、化学接枝、等离子处理、辐照处理、上浆处理等等。在各类处理方法中，上浆法能避免碳纤维表面受到污染，保护表面基团的活性，同时起到集束、润滑、隔绝空气等作用，增强碳纤维与基体树脂间的界面粘结程度，提髙复合材料界面强度。然而，目前碳纤维生产时使用的上浆剂大部分为热固性上浆剂，主要作用于环氧树脂，热固性上浆剂的热稳定性相对较差，容易发生分解，不满足SCF/PP复合材料的加工条件要求。另外聚丙烯属于非极性聚合物，这也导致SCF/PP复合材料制备时两者之间界面粘结强度差，严重影响碳纤维的增强效果。因此，开发与聚丙烯基体树脂相匹配的上浆剂具有重要的研究意义。

根据上浆剂溶剂的种类，上浆剂可分为溶剂型、乳液型和水性型三种。为符合日趋严格的环保法规，发展水性、无有机溶剂上浆剂已成为该领域的一个重要研究方向。

如何开发出环保型水性上浆剂并且将其用于增强聚丙烯和碳纤维复合材料性能与可适用于炭纸是目前亟需解决的技术难题。

发明内容

为了解决上述技术难题，本发明提供了一种适用于碳纤维的水性改性氯化聚丙烯上浆剂及其制备方法和应用。

本发明提供的上浆剂在热塑性聚丙烯树脂体系中相容性好，且能够显著提高复合材料的界面性能。

本发明提供了一种适用于碳纤维的水性改性氯化聚丙烯上浆剂，它是由如下方法步骤制备的：

(1)将改性氯化聚丙烯树脂溶解于溶剂中，充分搅拌，使其完全溶解，形成均匀的混合物溶液；

(2)将乳化剂加入到去离子水中，充分搅拌，然后加入步骤(1)的混合溶液，其中改性氯化聚丙烯树脂、去离子水和乳化剂的质量比为0.5～2:95～99:0.5～3，再在室温条件下采用400～1000W超声剪切处理5～30min后，再采用蒸馏或旋转蒸发回收有机溶剂后获得适用于碳纤维的水性改性氯化聚丙烯上浆剂；

其中步骤(1)所述的改性氯化聚丙烯树脂的结构式如式1所示：

式1中：

X：-CH₂Cl，

R₁：-H或-CH₃，

R₂：-H、-CH₃或-CH₂CH₃，

n为50～250并且为正整数。

进一步地，步骤(1)所述的溶剂为三氯甲烷或二氯甲烷。