[发明专利]一种可降解树脂碳纤维上浆剂

说明书

本发明属于碳纤维上浆剂制备技术领域，涉及一种可降解树脂碳纤维上浆剂。由以下重量分数物质组成：环氧树脂A 90‑95份、固化剂20‑50份、浸润剂0.2‑1份、偶联分散剂0.3‑0.8份、纯净水10‑15份、乙醇30‑45分、丙酮50‑65份。使用本发明上浆剂后复合材料力学性能特别是剪切性能良好。使用该上浆剂生产的复合材料在纤维降解回收过程中，能够显著提高复合材料降解速率和回收纤维力学性能保持率。为废弃复合材料回收再利用提供一种经济、高效的新途径。

技术领域

本发明属于碳纤维上浆剂制备技术领域，涉及一种可降解树脂碳纤维上浆剂。

背景技术

先进纤维增强热固性环氧树脂基复合材料具有比强度、比模量高，可设计性强，耐腐蚀，一体化成型程度高，装配方式灵活多样等优点，在航空、航天，军工，高速列车，高压储罐，风力发电，高端体育用品等领域应用广泛。2020年国内碳纤维消费量达4.89万吨，按复合材料碳纤维含量60%计算，2020年单中国国内生产碳纤维复合材料制品达8.15万吨。热固性树脂具有不熔不溶的特性，这些制品生命周期末端，将会转变成大量的固体垃圾。为减少环境污染、减少宝贵的碳纤维浪费，将复合材料中的树脂和纤维分离，对回收后的碳纤维进行循环利用，成为了一个具有重要经济效益、环境效益的课题和行业热点。在众多回收方法中，化学回收法和超临界流体法是深受行业追捧的纤维回收方法。二者的降解原理都是在特定条件下将环氧树脂三维网络结构中的特殊化学键打开，产生小分子化合物从而破坏其原有三维网络结构。99%以上的环氧树脂能够快速有效的实现降解，但仍有少量小块或颗粒状树脂粘附于纤维表面。这些表面残余树脂与回收纤维之间，残余树脂与新树脂之间会形成一个弱界面，该界面的存在会严重破坏回收纤维力学性能。若要回收纤维表面干净的碳纤维，降解最后的这一小部分树脂付出的能耗和时间急剧上升，大幅度降低了复合材料回收再利用的经济效益。

发明内容

本发明针对传统环氧树脂降解不彻底的问题提出一种新型的可降解树脂碳纤维上浆剂。

为了达到上述目的，本发明是采用下述的技术方案实现的：

一种可降解纤维上浆剂，由以下重量分数物质组成：环氧树脂A 90-95份、固化剂20-50份、浸润剂0.2-1份、偶联分散剂0.3-0.8份、纯净水10-15份、乙醇30-45分、丙酮50-65份。

作为优选，所述环氧树脂为可降解型，环氧树脂含有酯基、醚基、缩醛基团、缩酮基团、三嗪环基团中一种或多种，环氧值为0.2-0.35。

作为优选，所述固化剂为韧性环氧固化剂，由脂环胺类、聚酰胺类、聚醚胺类固化剂中的一种或多种组成，固化剂活泼氢当量为100-120。

作为优选，所述偶联分散剂为酞酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、镐类偶联剂中的任意一种。

上述可降解纤维上浆剂在纤维增强热固性环氧树脂基复合材料加工以及碳纤维回收中的应用。

碳纤维经可降解环氧树脂（上浆剂）上浆后在其表面形成可降解的环氧树脂交联层，可降解树脂上浆剂表面含有大量环氧基、氨基等活泼基团用于和基体树脂的化学交联。

复合材料中含有大量的环氧树脂，这些环氧树脂与固化剂的交联反应，使其形成三维结构，将按铺层结构制作的纤维增强复合材料粘结为一个性能优良的整体。

在复合材料制品使用完，进入回收过程后，普通交联环氧树脂在化学或超临界流体中快速得到分解；普通交联环氧树脂降解后，大部分交联环氧树脂被降解为小分子集团或被小分子集团包裹的树脂块而从纤维表面脱离。大部分树脂块脱离后，可降解上浆剂部分裸露降解溶液，降解溶液快速降解碳纤维表面的上浆剂，上浆剂的溶解带动碳纤维表面的环氧树脂与碳纤维之间的连接得到最大限度的破坏，上浆剂和剩余的环氧树脂从碳纤维表面脱离；经过超声震动、洗涤和干燥工序，获得纤维性能保持率高、纤维表面清洁的碳纤维。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：