[发明专利]碳纤维上浆液及制备方法与碳纤维复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维上浆液及制备方法与碳纤维复合材料及制备方法，该碳纤维上浆液的制备方法包括：向聚氧化丙烯二醇内加入含环氧基的硅烷偶联剂进行混合，得到碳纤维上浆液。采用该碳纤维上浆液的制备方法制得的碳纤维上浆液可以使得碳纤维被聚氨酯树脂浸润，从而获得以聚氨酯树脂为基体的碳纤维复合材料，可提高碳纤维复合材料的韧性与可靠性，缩短固化时间，降低生产成本，从而扩展碳纤维复合材料的应用。

技术领域

本发明涉及碳纤维及碳纤维复合材料领域，具体涉及一种碳纤维上浆液及制备方法与碳纤维复合材料及制备方法。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料的成型过程为：树脂先浸润纤维，浸润纤维后树脂发生交联反应固化，固化后得到复合材料。在复合材料的成型过程中，当纤维表面的活化能大于树脂表面的活化能时，树脂浸润纤维的过程才能实现。碳纤维表面的活化能约为70mJ/㎡,环氧树脂约为43mJ/㎡，聚氨酯树脂约为35mJ/㎡。作为对比，玻璃纤维的表面活化能约为560mJ/㎡。因此玻璃纤维能被绝大多数的树脂浸润，在树脂固化后成为复合材料。而碳纤维由于表面活化能低，通常只能依靠碳纤维表面在等离子氧化过程中发生氧化产生的含氧基团，和环氧树脂中的含氧官能团进行亲和，从而被环氧树脂所浸润。

纤维在应用于复合材料成型时，表面还需用树脂做上浆处理，才能确保树脂基体和纤维完全结合。例如树脂基体是环氧树脂的，需用环氧树脂做上浆处理；树脂基体是聚氨酯树脂的，需用聚氨酯树脂做上浆处理。玻璃纤维可以使用各种树脂作为上浆液，进行上浆处理后，能够被各种树脂浸润，在树脂固化后成为复合材料。而碳纤维由于表面只和环氧树脂的浸润性好，因此通常使用环氧树脂作为上浆液，从而只能被环氧树脂浸润，在环氧树脂固化后成为复合材料。现有的采用热固性树脂为基体的碳纤维复合材料，几乎均使用环氧树脂作为树脂基体。以环氧树脂作为基体的碳纤维复合材料，由于环氧树脂本身韧性低，因此该系列复合材料都存在韧性差的问题，从而导致碳纤维复合材料可靠性低，限制了碳纤维复合材料的应用。同时环氧树脂固化黏度高，固化时间长，导致碳纤维复合材料生产成本居高不下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维上浆液及制备方法与碳纤维复合材料及制备方法，用于解决现有碳纤维复合材料韧性差、生产成本高的技术问题。

为了解决上述问题，第一方面，本申请提供了一种碳纤维上浆液的制备方法包括：向聚氧化丙烯二醇内加入含环氧基的硅烷偶联剂进行混合，得到碳纤维上浆液。

在一实施方式中，在所述聚氧化丙烯二醇和所述含环氧基的硅烷偶联剂的混合后，加入乙醇，得到所述碳纤维上浆液。

在一实施方式中，所述聚氧化丙烯二醇、所述硅烷偶联剂与所述乙醇的质量配比为1:1:2。

在一实施方式中，所述聚氧化丙烯二醇为平均分子量为400的PPG-204。

在一实施方式中，硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷KH-560。

第二方面，本申请提供了一种碳纤维上浆液，该碳纤维上浆液采用第一方面任一实施例中所述的碳纤维上浆液的制备方法进行制备。

第三方面，本申请提供了一种碳纤维复合材料的制备方法，该方法包括：

采用环氧树脂上浆液对碳纤维进行一次上浆，获得一次上浆碳纤维；

采用第三方面所述的碳纤维上浆液对所述一次上浆碳纤维进行二次上浆，获得碳纤维预制体；

对所述碳纤维预制体进行烘干；

制备聚氨酯树脂；

采用所述聚氨酯树脂浸润烘干后的所述碳纤维预制体，所述聚氨酯树脂发生交联反应固化，固化后得到碳纤维复合材料。

在一实施方式中，对所述碳纤维预制体进行烘干的烘干温度为40-150℃。