本發(fā)明涉及碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的制備領(lǐng)域，尤其涉及一種聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維的制備方法。

背景技術(shù)：

碳纖維具有耐高溫、高強(qiáng)度、高彈性模量、抗蠕變等特點(diǎn)，是制備高性能樹脂基復(fù)合材料最常用的增強(qiáng)纖維，所以常用碳纖維來改性聚酰胺。但是碳纖維的表面呈惰性，未經(jīng)處理制備的復(fù)合材料纖維與樹脂間界面黏結(jié)強(qiáng)度很弱，進(jìn)而影響材料的應(yīng)用。

因此，目前科技界在用碳纖維增強(qiáng)聚酰胺之前，一般先對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理，從而生成更多得活性官能團(tuán)，并形成了溝壑。將其加入高分子材料中，可以作為晶核誘導(dǎo)高分子圍繞其結(jié)晶，從而可以提高高分子材料的大分子的有序性，改變高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響到高分子材料的性能。目前國(guó)內(nèi)外采用的碳纖維改性方法大多工藝復(fù)雜且條件苛刻，如空氣氧化法(需在馬弗爐中，450℃下燒蝕40分鐘)，硝酸氧化法(將碳纖維浸泡在硝酸中處理一段時(shí)間)，以及低溫液氮處理等(浸泡在液氮(-196℃)中10分鐘)。

但是，發(fā)明人在日常工作中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中存在如下不足：

現(xiàn)有技術(shù)中碳纖維改性的方法條件復(fù)雜，處理時(shí)間不易控制，而且容易造成碳纖維的模量和斷裂強(qiáng)度下降，從而大幅降低其復(fù)合材料的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維的制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中碳纖維改性的方法條件復(fù)雜，處理時(shí)間不易控制，而且容易造成碳纖維的模量和斷裂強(qiáng)度下降，從而大幅降低其復(fù)合材料的性能的問題。開發(fā)了一種無需改變碳纖維的表面結(jié)構(gòu)，即可直接復(fù)合且性能更加優(yōu)異的新型聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維復(fù)合材料，具有優(yōu)異的集束性、開纖性和與環(huán)氧樹脂的浸潤(rùn)性的技術(shù)效果。

本發(fā)明提供了一種聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維的制備方法，所述方法包括：將聚酰胺樹脂和環(huán)氧樹脂放入反應(yīng)釜中，得到聚酰胺改性環(huán)氧樹脂；使用溶劑將聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶解，然后加入親水性聚醚和催化劑，得到親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂；向親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂中加入去離子水，通過剪切攪拌，得到聚酰胺改性環(huán)氧乳液；將聚酰胺改性環(huán)氧乳液作為漿劑與所述碳纖維融合，獲得所述聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維。

優(yōu)選的，所述將聚酰胺樹脂和環(huán)氧樹脂放入反應(yīng)釜中，得到聚酰胺改性環(huán)氧樹脂，具體為：確定所述聚酰胺樹脂中潑氫的摩爾量為a；確定所述環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基團(tuán)摩爾量為b；按a:b值為4-10的比例將所述聚酰胺樹脂與所述環(huán)氧樹脂投入到反應(yīng)釜中，得到所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂。

優(yōu)選的，所述聚酰胺樹脂為脂肪二酸與脂肪二胺反應(yīng)制得。

優(yōu)選的，所述聚酰胺樹脂為聚酰胺樹脂250、聚酰胺樹脂300，聚酰胺樹脂600、聚酰胺樹脂651其中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、酚醛型環(huán)氧樹脂、縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述使用溶劑將所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶解，然后加入親水性聚醚和催化劑，得到親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂，具體為：將所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂加入溶劑攪拌溶，升溫至60-120℃反應(yīng)1-12小時(shí)，得到聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液；將所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液中加入親水性聚醚和催化劑，其中，所述親水性聚醚的加入量為所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂質(zhì)量的20％-60％，所述催化劑的加入量為親水性聚醚重量的0.01％-0.5％；攪拌反應(yīng)2-24小時(shí)，其中，反應(yīng)溫度10-80℃；反應(yīng)結(jié)束后，通過減壓蒸餾，脫除所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液中的所述溶劑，得到所述親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂。

優(yōu)選的，所述溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、乙二醇二甲醚、乙二醇二丁醚，丙酮的一種或多種。

優(yōu)選的，所述的催化劑為三氟化硼乙醚，三氯化鋁，三氯化鐵的一種或多種。

優(yōu)選的，所述親水性聚醚為聚乙二醇，聚乙二醇單醚，聚乙二醇單酯，聚乙二醇丙二醇類中的一種或多種的混合物，其中，所述親水性聚醚的分子量為1000-20000。

優(yōu)選的，所述去離子水的加入量為所述親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂重量的1-5倍。

本申請(qǐng)實(shí)施例中的上述一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下一種或多種技術(shù)效果：

1.在本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案中，首先通過將聚酰胺樹脂和環(huán)氧樹脂放入反應(yīng)釜中，得到聚酰胺改性環(huán)氧樹脂，其次使用溶劑將所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶解，然后加入親水性聚醚和催化劑，得到親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂，再次向親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂中加入去離子水，通過剪切攪拌，得到聚酰胺改性環(huán)氧乳液，最后將聚酰胺改性環(huán)氧乳液作為漿劑與所述碳纖維融合，獲得所述聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維。通過上述技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)中碳纖維改性的方法條件復(fù)雜，處理時(shí)間不易控制，而且容易造成碳纖維的模量和斷裂強(qiáng)度下降，從而大幅降低其復(fù)合材料的性能的問題。開發(fā)了一種無需改變碳纖維的表面結(jié)構(gòu)，即可直接復(fù)合且性能更加優(yōu)異的新型聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維復(fù)合材料，具有優(yōu)異的集束性、開纖性和與環(huán)氧樹脂的浸潤(rùn)性的技術(shù)效果。

2.本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維的制備方法，通過將所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂加入溶劑攪拌溶，升溫至60-120℃反應(yīng)1-12小時(shí)，得到聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液，然后將所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液中加入親水性聚醚和催化劑，所述催化劑的加入量為親水性聚醚重量的0.01％-0.5％，攪拌反應(yīng)2-24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，通過減壓蒸餾，脫除所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液中的所述溶劑，得到所述親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂，然后向親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂中加入去離子水，通過剪切攪拌，得到聚酰胺改性環(huán)氧乳液的技術(shù)手段，達(dá)到了通過利用聚酰胺改性環(huán)氧乳液良好的耐熱性和韌性，從而能夠提供碳纖維束優(yōu)異的集束性、開纖性和與環(huán)氧樹脂的浸潤(rùn)性的技術(shù)效果。

附圖說明

圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維的制備方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維的制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中碳纖維改性的方法條件復(fù)雜，處理時(shí)間不易控制，而且容易造成碳纖維的模量和斷裂強(qiáng)度下降，從而大幅降低其復(fù)合材料的性能的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案總體思路如下：

在本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案中，首先通過將聚酰胺樹脂和環(huán)氧樹脂放入反應(yīng)釜中，得到聚酰胺改性環(huán)氧樹脂，其次使用溶劑將所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶解，然后加入親水性聚醚和催化劑，得到親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂，再次向親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂中加入去離子水，通過剪切攪拌，得到聚酰胺改性環(huán)氧乳液，最后將聚酰胺改性環(huán)氧乳液作為漿劑與所述碳纖維融合，獲得所述聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維。通過上述技術(shù)方案。制備出一種無需改變碳纖維的表面結(jié)構(gòu)，即可直接復(fù)合且性能更加優(yōu)異的新型聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維復(fù)合材料，具有優(yōu)異的集束性、開纖性和與環(huán)氧樹脂的浸潤(rùn)性的技術(shù)效果。

下面通過附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做詳細(xì)的說明，應(yīng)當(dāng)理解本申請(qǐng)實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的詳細(xì)的說明，而不是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)實(shí)施例以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互組合。

如圖1所示，圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維的制備方法的流程示意圖，本申請(qǐng)實(shí)施例所提供的一種聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維的制備方法，該方法包括：

步驟110：將聚酰胺樹脂和環(huán)氧樹脂放入反應(yīng)釜中，得到聚酰胺改性環(huán)氧樹脂。

具體而言，確定所述聚酰胺樹脂中潑氫的摩爾量為a，確定所述環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基團(tuán)摩爾量為b；按a:b值為4-10的比例將所述聚酰胺樹脂與所述環(huán)氧樹脂投入到反應(yīng)釜中，得到所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂。

步驟120：使用溶劑將所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶解，然后加入親水性聚醚和催化劑，得到親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂。

具體而言，將所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂加入溶劑攪拌溶，升溫至60-120℃反應(yīng)1-12小時(shí)，得到聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液；將所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液中加入親水性聚醚和催化劑，其中，所述親水性聚醚的加入量為所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂質(zhì)量的20％-60％，所述催化劑的加入量為親水性聚醚重量的0.01％-0.5％；攪拌反應(yīng)2-24小時(shí)，其中，反應(yīng)溫度10-80℃；反應(yīng)結(jié)束后，通過減壓蒸餾，脫除所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液中的所述溶劑，得到所述親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂。

步驟130：向親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂中加入去離子水，通過剪切攪拌，得到聚酰胺改性環(huán)氧乳液。

具體而言，所述去離子水的加入量為所述親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂重量的1-5倍。

步驟140：將聚酰胺改性環(huán)氧乳液作為漿劑與所述碳纖維融合，獲得所述聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維。

進(jìn)一步的，所述聚酰胺樹脂為脂肪二酸與脂肪二胺反應(yīng)制得。

進(jìn)一步的，所述聚酰胺樹脂為聚酰胺樹脂250、聚酰胺樹脂300，聚酰胺樹脂600、聚酰胺樹脂651其中的一種或多種。

進(jìn)一步的，所述環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、酚醛型環(huán)氧樹脂、縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂中的一種或多種。

進(jìn)一步的，所述溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、乙二醇二甲醚、乙二醇二丁醚，丙酮的一種或多種。

進(jìn)一步的，所述的催化劑為三氟化硼乙醚，三氯化鋁，三氯化鐵的一種或多種。

進(jìn)一步的，所述親水性聚醚為聚乙二醇，聚乙二醇單醚，聚乙二醇單酯，聚乙二醇丙二醇類中的一種或多種的混合物，其中，所述親水性聚醚的分子量為1000-20000。

以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。這些實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，并不對(duì)本發(fā)明的范圍有任何的限制。

實(shí)施例1

(1)將10g聚酰胺樹脂650(其中活潑氫摩爾量為0.051摩爾)與100g雙酚A型環(huán)氧E51(環(huán)氧基團(tuán)摩爾量為0.51摩爾)加入到四口燒瓶中，在攪拌下升溫至120℃，反應(yīng)2小時(shí)后，得到聚酰胺改性環(huán)氧樹脂。

(2)將制備的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液降溫到40℃后，加入40g丙酮、0.24g的三氟化硼乙醚溶液和66g平均分子量為2000聚乙二醇樹脂，完全混合均勻后，在40℃下攪拌反應(yīng)2小時(shí)后，蒸餾出丙酮，得到親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂。

(3)將親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂升溫到60℃，加入樹脂質(zhì)量的30％的去離子水?dāng)嚢杈鶆蚝?，降溫?0℃，然后再次向混合體系中加入樹脂質(zhì)量的1倍的去離子水后攪拌或高剪切乳化制備得到聚酰胺改性環(huán)氧乳液。

(4)將聚酰胺改性環(huán)氧乳液作為漿劑與所述碳纖維融合，獲得所述聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維。

實(shí)施例2

(1)將10g聚酰胺樹脂250(其中活潑氫摩爾量為0.092摩爾)與110g雙酚A型環(huán)氧E51(環(huán)氧基團(tuán)摩爾量為0.56摩爾)加入到四口燒瓶中，在攪拌下升溫至100℃，反應(yīng)3小時(shí)后，得到聚酰胺改性環(huán)氧樹脂。

(2)將制備的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液降溫到20℃后，加入100g二氯甲烷、0.6g的三氟化硼乙醚溶液和60g平均分子量為4000聚乙二醇樹脂，保持20℃和攪拌反應(yīng)4小時(shí)后，蒸餾出二氯甲烷，得到親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂。

(3)將親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂升溫到40℃，加入樹脂質(zhì)量的2倍的去離子水后攪拌或高剪切乳化制備得到聚酰胺改性環(huán)氧乳液。

(4)將聚酰胺改性環(huán)氧乳液作為漿劑與所述碳纖維融合，獲得所述聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維。

實(shí)施例3

(1)將10g聚酰胺樹脂300(其中活潑氫摩爾量為0.093摩爾)與90g雙酚A型環(huán)氧E44(環(huán)氧基團(tuán)摩爾量為0.40摩爾)加入到四口燒瓶中，在攪拌下升溫至80℃反應(yīng)4小時(shí)后，得到聚酰胺改性環(huán)氧樹脂。

(2)將制備的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液降溫到60℃后，加入50g乙二醇二甲醚，0.5g的三氟化硼乙醚溶液和40g平均分子量為10000聚乙二醇樹脂，保持60℃和1小時(shí)后，蒸餾出溶劑乙二醇二甲醚，得到親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂。

(3)將親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂升溫到60℃，加入樹脂質(zhì)量的30％的去離子水?dāng)嚢杈缓?，降溫?0℃，然后再次向混合體系中加入樹脂質(zhì)量的1倍的去離子水后攪拌或高剪切乳化制備得到聚酰胺改性環(huán)氧上漿劑。

(4)將聚酰胺改性環(huán)氧乳液作為漿劑與所述碳纖維融合，獲得所述聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維。

實(shí)施例4

(1)將10g聚酰胺樹脂300(其中活潑氫摩爾量為0.093摩爾)、120g雙酚A型環(huán)氧E51和30g雙酚A型環(huán)氧E20(環(huán)氧基團(tuán)摩爾總量為0.672摩爾)加入到四口燒瓶中，在攪拌下升溫至80℃反應(yīng)4小時(shí)后，得到聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液。

(2)將制備的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液降溫到20℃后，加入60g丙酮，0.5g的三氟化硼乙醚溶液和50g平均分子量為20000聚乙二醇樹脂，保持20℃反應(yīng)8小時(shí)后，蒸餾出溶劑丙酮，得到親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂。

(3)將親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂升溫到60℃，加入樹脂質(zhì)量的30％的去離子水?dāng)嚢杈缓?，降溫?0℃，然后再次向混合體系中加入樹脂質(zhì)量的1倍的去離子水后攪拌或高剪切乳化制備得到聚酰胺改性環(huán)氧上漿劑。

(4)將聚酰胺改性環(huán)氧乳液作為漿劑與所述碳纖維融合，獲得所述聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維。

實(shí)施例5

(1)將10g聚酰胺樹脂300(其中活潑氫摩爾量為0.093摩爾)、100g雙酚A型環(huán)氧E51和60g雙酚A型環(huán)氧E20(環(huán)氧基團(tuán)摩爾總量為0.63摩爾)加入到四口燒瓶中，在攪拌下升溫至80℃反應(yīng)4小時(shí)后，得到聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液。

(2)將制備的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液降溫到20℃后，加入60g丙酮，0.5g的三氟化硼乙醚溶液和40g平均分子量為20000聚乙二醇樹脂和20g平均分子量為1000的聚乙二醇單醚，保持20℃反應(yīng)8小時(shí)后，蒸餾出溶劑丙酮，得到親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂。

(3)將親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂升溫到60℃，加入樹脂質(zhì)量的50％的去離子水?dāng)嚢杈缓?，降溫?0℃，然后再次向混合體系中加入樹脂質(zhì)量的1倍的去離子水后攪拌或高剪切乳化制備得到聚酰胺改性環(huán)氧上漿劑。

(4)將聚酰胺改性環(huán)氧乳液作為漿劑與所述碳纖維融合，獲得所述聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維。

本申請(qǐng)實(shí)施例中的上述一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下一種或多種技術(shù)效果：

1.在本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案中，首先通過將聚酰胺樹脂和環(huán)氧樹脂放入反應(yīng)釜中，得到聚酰胺改性環(huán)氧樹脂，其次使用溶劑將所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶解，然后加入親水性聚醚和催化劑，得到親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂，再次向親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂中加入去離子水，通過剪切攪拌，得到聚酰胺改性環(huán)氧乳液，最后將聚酰胺改性環(huán)氧乳液作為漿劑與所述碳纖維融合，獲得所述聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維。通過上述技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)中碳纖維改性的方法條件復(fù)雜，處理時(shí)間不易控制，而且容易造成碳纖維的模量和斷裂強(qiáng)度下降，從而大幅降低其復(fù)合材料的性能的問題。開發(fā)了一種無需改變碳纖維的表面結(jié)構(gòu)，即可直接復(fù)合且性能更加優(yōu)異的新型聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維復(fù)合材料，具有優(yōu)異的集束性、開纖性和與環(huán)氧樹脂的浸潤(rùn)性的技術(shù)效果。

2.本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種聚酰胺改性環(huán)氧碳纖維的制備方法，通過將所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂加入溶劑攪拌溶，升溫至40-120℃反應(yīng)1-8小時(shí)，得到聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液，然后將所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液中加入親水性聚醚和催化劑，所述催化劑的加入量為親水性聚醚重量的0.01％-0.5％，攪拌反應(yīng)2-12小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，通過減壓蒸餾，脫除所述聚酰胺改性環(huán)氧樹脂溶液中的所述溶劑，得到所述親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂，然后向親水改性的聚酰胺改性環(huán)氧樹脂中加入去離子水，通過剪切攪拌，得到聚酰胺改性環(huán)氧乳液的技術(shù)手段，達(dá)到了通過利用聚酰胺改性環(huán)氧乳液良好的耐熱性和韌性，從而能夠提供碳纖維束優(yōu)異的集束性、開纖性和與環(huán)氧樹脂的浸潤(rùn)性的技術(shù)效果。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例做出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。