一種增強熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種增強熱塑性樹脂用碳纖維上 漿劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳纖維是高性能復(fù)合材料的重要增強材料，廣泛應(yīng)用于航空航天、體育休閑用品、 建筑、紡織機械、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。碳纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料因其可重復(fù)使用、成型 速度快、抗疲勞性能好等特點得到快速發(fā)展。
[0003] 碳纖維表面改性是碳纖維在復(fù)合材料中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，在碳纖維生產(chǎn)過程中需 要對碳纖維進行電化學(xué)氧化等處理，使得碳纖維表面產(chǎn)生含氧活性基團，如羥基、羧基和羰 基等。這些活性基團可以和復(fù)合材料的各種基體樹脂產(chǎn)生化學(xué)鍵合，從而可以大幅改善復(fù) 合材料的界面性能。但是，碳纖維本身具有脆性，容易在生產(chǎn)、加工中產(chǎn)生毛絲，而且以上所 述經(jīng)表面改性獲得的活性基團在空氣中容易"失活"。所以對碳纖維表面進行上漿處理是碳 纖維生產(chǎn)中不可或缺的工序，其目的除了減少毛絲、保護碳纖維表面、避免碳纖維表面"失 活"以外，還可以通過上漿劑設(shè)計來改善纖維和樹脂基體的浸潤性，提高界面作用強度。
[0004] 目前研究的碳纖維用上漿劑主要是針對碳纖維增強熱固性樹脂復(fù)合材料的，如專 利CN101736593A中公開了一種環(huán)氧樹脂乳液的上漿劑，主要用于碳纖維增強熱固性環(huán)氧 樹脂復(fù)合材料。熱塑性樹脂基復(fù)合材料和熱固性樹脂復(fù)合材料的加工成型方法有較大區(qū) 另IJ，界面作用的原理也不相同，所以開發(fā)熱塑性樹脂基復(fù)合材料用碳纖維上漿劑顯得非常 的迫切。專利CN10099867A中公開了一種熱塑性聚酰亞胺樹脂和縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂的 水性乳液上漿劑的制備方法，但上述上漿劑制備過程復(fù)雜，上漿后碳纖維表面較脆，和熱塑 性樹脂界面的相容性較差。專利CN102660874A公開了一種碳纖維用熱塑性上漿劑，其玻璃 化轉(zhuǎn)變溫度高于267°C，可以用于大多數(shù)的耐高溫?zé)崴苄詷渲?。但是該上漿劑為溶劑型上漿 齊U，污染大、生產(chǎn)操作環(huán)境差、溶劑回收成本高。
[0005] 熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑設(shè)計和加工應(yīng)主要考慮：
[0006] ( 1)提高碳纖維的技術(shù)性；
[0007] (2)提高碳纖維與高粘度熱塑性樹脂的浸潤性；
[0008] (3)提高碳纖維和熱塑性樹脂的界面作用；
[0009] (4)成本底、環(huán)境友好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種增強熱塑性樹脂用碳纖維 上漿劑的制備方法，其工藝簡單、成本低、環(huán)境友好，可提高碳纖維和樹脂的浸潤性及其界 面作用。
[0011] 本發(fā)明提供的一種增強熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑的制備方法，具體步驟包括： (1)制備專用偶聯(lián)劑：將含活潑氫的封端劑溶解在有機溶劑中，濃度控制在lmol/L-5mol/ L，在惰性氣氛保護下滴加到異氰酸酯中，封端劑和異氰酸酯的投料摩爾比為（1?2. 5) :1， 反應(yīng)溫度為60-105°C,反應(yīng)時間為2-8小時,反應(yīng)結(jié)束后，除去過量封端劑,經(jīng)洗漆、干燥后 得到專用偶聯(lián)劑。
[0012] (2)將專用偶聯(lián)劑和水或有機溶劑進行混合，配制成濃度為5wt_15wt%的懸浮液 或溶液，在20-40°C的條件下將水性聚氨酯乳液、專用偶聯(lián)劑、分散劑以及熱塑性樹脂粉體 進行混合得到固含量為lwt%?4wt%的碳纖維表面上漿劑，其中專用偶聯(lián)劑的加入量為水 性聚氨酯的0. lwt%?5wt%，熱塑性樹脂粉體的加入量為水性聚氨酯的lwt%?10wt%，分散 劑的加入量為熱塑性樹脂粉體〇. 5wt%?5wt%。
[0013] 上述步驟1中所述的含活潑氫的封端劑為N-甲基乙酰胺、乙酰苯胺、己內(nèi)酰胺、亞 硫酸氫鈉、焦亞硫酸氫鈉中的一種或幾種。
[0014] 上述步驟（1)中所述的異氰酸酯為2,4_甲苯二異氰酸酯、2,6_甲苯二異氰酸酯、 4,4' -二苯甲烷二異氰酸酯、1，5-萘二異氰酸酯、多亞甲基多苯基多異氰酸酯、亞苯二甲 基二異氰酸酯、對苯二異氰酸酯、四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、4， 4' -二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、甲基環(huán)己基二異氰酸酯中的一種。
[0015] 上述步驟（1)中所述的有機溶劑選自甲苯、苯或二甲苯中的一種。
[0016] 上述步驟（2)中所述的有機溶劑選自乙二醇、異丙醇、丁酮、丙酮，甲醚或全氯乙烯 中的任一種。
[0017] 上述步驟（2)中所述的水性聚氨酯乳液，其粒徑在0. 1?I. 0微米。
[0018] 上述步驟（2)中所述的熱塑性樹脂粉體選自尼龍6、尼龍66、尼龍1010、聚酯、聚丙 烯、聚乙烯或聚苯硫醚中的任一種，粉體粒徑5?20微米。
[0019] 上述步驟（2)中所述的分散劑選自聚乙二醇、聚丙烯酰胺或氨丙基三乙氧基硅烷 中的一種或二種。
[0020] 本發(fā)明中碳纖維增強的熱塑性樹脂可以和步驟（2)中所述的熱塑性樹脂粉體相 同，也可以不同。
[0021] 本發(fā)明的有益效果在于：其制備方法，其工藝簡單、成本低、環(huán)境友好，可提高碳纖 維和樹脂的浸潤性及其界面作用。
【具體實施方式】
[0022] 水性聚氨酯購自拜耳（bayer)，粒徑集中在100?600nm，粒徑峰值在260nm。
[0023] 實施例（1)- (6)
[0024] (1)制備專用偶聯(lián)劑：將封端劑溶解在有機溶劑中，溶液濃度、封端劑和有機溶劑 的選擇如表1所示，在惰性氣體的保護下滴加到異氰酸酯中，異氰酸酯的種類和投料比也 如表1所示。按照表1的反應(yīng)條件反應(yīng)，結(jié)束后除去過量的封端劑，經(jīng)洗滌、干燥后得到專 用偶聯(lián)劑
[0025] (2)將專用偶聯(lián)劑和水或是有機溶劑混合，配成懸濁液或溶液，偶聯(lián)劑、有機溶劑 的種類和濃度如表2所示，的溫度條件將水性聚氨酯乳液、專用偶聯(lián)劑、分散劑以及熱塑性 樹脂粉體進行混合得到碳纖維表面上漿劑，其中上漿劑總固含量和偶聯(lián)劑、水性聚氨酯、熱 塑性樹脂分體、分散劑的加入量如表2所示。
[0026] 如表1所示為實施例中專用偶聯(lián)劑的制備條件和結(jié)果。
[0027] 如表2所示為實施例中碳纖維上的制備條件和結(jié)果。
[0028] 表 1
【主權(quán)項】
1. 一種增強熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑的制備方法，其特征在于具體步驟如下： (1) 制備專用偶聯(lián)劑：將含活潑氫的封端劑溶解在有機溶劑中，濃度控制在Imol/ L-5mol/L，在氮氣保護下滴加到異氰酸酯中，封端劑和異氰酸酯的投料摩爾比為（1?2. 5): 1，反應(yīng)溫度為60-105°C，反應(yīng)時間為2-8小時，反應(yīng)結(jié)束后，除去過量封端劑，經(jīng)洗滌、干燥 后得到專用偶聯(lián)劑； (2) 將專用偶聯(lián)劑和水或有機溶劑進行混合配制成濃度為5wt-15wt%的懸浮液或溶 液，在20-40°C的條件下將水性聚氨酯乳液、專用偶聯(lián)劑、分散劑以及熱塑性樹脂粉體進行 混合，得到固含量為lwt%?4wt%的碳纖維表面上漿劑；其中：專用偶聯(lián)劑的加入量為水性 聚氨酯的〇. lwt%?5wt%，熱塑性樹脂粉體的加入量為水性聚氨酯的lwt%?10wt%，分散劑 的加入量為熱塑性樹脂粉體〇. 5wt%?5wt%。
2. 權(quán)利要求1所述的增強熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑的制備方法，其特征在于：步驟 (1)中所述的含活潑氫的封端劑為N-甲基乙酰胺、乙酰苯胺、己內(nèi)酰胺、亞硫酸氫鈉或焦亞 硫酸氫鈉中一種或幾種。
3. 權(quán)利要求1所述的增強熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑的制備方法，其特征在于：步驟 (1)中所述的異氰酸酯選自2,4_甲苯二異氰酸酯、2,6_甲苯二異氰酸酯、4,4' -二苯甲烷 二異氰酸酯、1，5_萘二異氰酸酯、多亞甲基多苯基多異氰酸酯、亞苯二甲基二異氰酸酯、對 苯二異氰酸酯、四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、4,4' -二環(huán)己基甲烷 二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯或甲基環(huán)己基二異氰酸酯中的任一種。
4. 權(quán)利要求1所述的增強熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑的制備方法，其特征在于：步驟 (1) 中所述的有機溶劑為甲苯、苯、二甲苯中的一種。
5. 權(quán)利要求1所述的增強熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑的制備方法，其特征在于：步驟 (2) 中所述的有機溶劑為乙二醇、異丙醇、丁酮、丙酮、甲醚或全氯乙烯中的一種。
6. 權(quán)利要求1所述的增強熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑的制備方法，其特征在：步驟（2) 中所述的水性聚氨酯乳液，其粒徑在〇. 1-1. 〇微米之間。
7. 權(quán)利要求1所述的增強熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑的制備方法，其特征在于：步驟 (2)中所述的熱塑性樹脂粉體選自尼龍6、尼龍66、尼龍1010、聚酯、聚丙烯、聚乙烯或聚苯 硫醚中的任一種，粉體粒徑5-20微米。
8. 權(quán)利要求1所述的增強熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑的制備方法，其特征在于：步驟 (2)中所述的分散劑選自聚乙二醇、聚丙烯酰胺或氨丙基三乙氧基硅烷中的一種或二種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種增強熱塑性樹脂用碳纖維上漿劑的制備方法，具體步驟包括：（1）制備專用偶聯(lián)劑；（2）在20-40℃的條件下將水性聚氨酯乳液、專用偶聯(lián)劑、分散劑以及熱塑性樹脂粉體進行混合得到碳纖維表面上漿劑，上漿劑的固含量為1wt%～4wt%，專用偶聯(lián)劑的加入量為水性聚氨酯的0.1wt%～5wt%，熱塑性樹脂粉體的加入量為水性聚氨酯的0%～10wt%，分散劑的加入量為熱塑性樹脂粉體0.5wt%～5wt%。其工藝簡單、成本低、環(huán)境友好，可提高碳纖維和樹脂的浸潤性及其界面作用。
【IPC分類】C08K9-04, D06M101-40, D06M15-564, C08J5-06, C08K7-06
【公開號】CN104562698
【申請?zhí)枴緾N201310473074
【發(fā)明人】黃翔宇, 王彪, 潘任行, 梅詩宇, 鄧文彬
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石化上海石油化工股份有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月11日