專利名稱：多元醇改性環(huán)氧樹脂碳纖維乳液上漿劑組分及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精細化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含有高分子聚合物的多元醇改性環(huán) 氧樹脂碳纖維乳液上漿劑組分及其制備方法。
背景技術(shù)：
碳纖維是脆性材料，在生產(chǎn)及加工過程中，經(jīng)機械摩擦容易產(chǎn)生起毛及單絲斷裂 等現(xiàn)象。毛絲的存在使基體不能充分浸潤碳纖維，在復(fù)合材料中易產(chǎn)生孔隙，影響復(fù)合材料 的力學(xué)性能，因而要對碳纖維上漿。上漿就是在表面處理過的碳纖維表面上涂一層保護膠。 它能使纖維集束，改善深加工性能，減少纖維間的摩擦，提高其與基體之間的連接?，F(xiàn)有技 術(shù)中有用過芳香族縮水甘油醚及芳香族縮水甘油胺作為碳纖維的上漿劑，但它不能滿足碳 纖維的加工要求；也有將雙酚A型環(huán)氧樹脂用POE非離子表面活性劑作為乳化劑，制成水性 乳狀液的上漿劑和四縮水甘油基苯二胺的上漿劑雖然能提高復(fù)合材料的界面性能，但同樣 很難解決碳纖維織造時產(chǎn)生的起毛和斷絲問題；還有采用雙酚A型環(huán)氧樹脂，用聚氧化乙 烯壬基酚醚(0P-10)和聚氧乙烯去水山梨醇單油酸酯(T-80)復(fù)合乳化劑，使用改性劑丙烯 酸和醋酸乙烯酯，制成水性乳液型碳纖維上漿劑。該方法由于外加乳化劑與樹脂的相容性 不好，隨著存放時間的增加，常常會發(fā)生破乳現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了滿足市場對于乳液型環(huán)氧樹脂上漿劑產(chǎn)品的需求，并解決乳液型環(huán)氧 樹脂上漿劑的制備問題，解決碳纖維織造時產(chǎn)生的起毛和斷絲問題，提供一種多元醇改性 環(huán)氧樹脂碳纖維乳液上漿劑組分及其制備方法，所述的多元醇改性環(huán)氧樹脂碳纖維乳液上 漿劑組分采用環(huán)氧樹脂作為上漿劑組分的主體，多元醇用作改性劑。現(xiàn)有技術(shù)中采用外加 乳化劑，因為乳化劑中不含有與基體樹脂相近的環(huán)氧基團，所以外加乳化劑的加入會影響 環(huán)氧樹脂基體的固化過程和固化后的性質(zhì)，而且乳化得到的乳液容易破乳分層，上漿后在 纖維上殘留外加乳化劑。本發(fā)明的上漿劑乳液組分在制備過程中未加外來的乳化劑，屬于 自乳化體系，克服了上述缺點。本發(fā)明中所用引發(fā)劑為鹽酸、過硫酸銨或過硫酸鉀，它能使 環(huán)氧開環(huán)反應(yīng)更容易進行。如不加引發(fā)劑，環(huán)氧開環(huán)反應(yīng)所需的反應(yīng)溫度較高，此時環(huán)氧樹 脂鏈端上本身所帶的羥基與環(huán)氧基團進行開環(huán)反應(yīng)，環(huán)氧樹脂會固化，因此，引發(fā)劑的加入 不僅使得環(huán)氧開環(huán)反應(yīng)更易進行，而且降低了反應(yīng)溫度，抑制了副反應(yīng)的發(fā)生。本發(fā)明提供上漿劑組分是通過如下步驟實現(xiàn)的步驟一、將改性劑、環(huán)氧樹脂、引發(fā)劑以一定重量比均勻混合，在60 120°C溫度 下，加熱攪拌2小時，制得改性環(huán)氧樹脂。所述多元醇與環(huán)氧樹脂摩爾比1 1.5 1.5 1， 引發(fā)劑質(zhì)量為多元醇與環(huán)氧樹脂質(zhì)量之和的0. 1 1%。步驟二、若采用的引發(fā)劑是鹽酸溶液，則向步驟一中制備的改性環(huán)氧樹脂溶液中 滴加氨水，使溶液呈中性，在60 120°C環(huán)境下繼續(xù)加熱攪拌1小時。然后在70°C溫度下， 向上述的中性溶液中加入去離子水，攪拌并分散均勻使得溶液發(fā)生自乳化，制得改性環(huán)氧
3樹脂乳液。若采用的引發(fā)劑是過硫酸鉀或過硫酸銨溶液，則將該改性環(huán)氧樹脂中與一定量 的去離子水均勻混合，在70°C條件下攪拌分散，制備改性環(huán)氧樹脂乳液。該改性環(huán)氧樹脂乳 液即為多元醇改性環(huán)氧樹脂碳纖維乳液上漿劑組分。上述制備過程中發(fā)生的反應(yīng)過程如下 本發(fā)明優(yōu)點在于1.在穩(wěn)定性方面由于不使用外加乳化劑，得到的改性環(huán)氧樹脂分子具有親水性， 因而能溶于水形成穩(wěn)定的改性環(huán)氧樹脂乳液，靜置穩(wěn)定性，PH值穩(wěn)定性及高溫穩(wěn)定性優(yōu)
已
升；2.得到的白色乳液粒徑分布均勻，粘度適中，上漿效果好；3.用該上漿劑組分涂敷的碳纖維與未上漿碳纖維相比，毛絲量少，集束性能好。4.該改性環(huán)氧樹脂分子一端是環(huán)氧基團，另一端是聚醚鍵的結(jié)構(gòu)從理論上該上漿 劑組分能提高復(fù)合材料的界面性能。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的多元醇改性環(huán)氧樹脂碳纖維乳液上漿劑組分及其制備方法進行詳細說明。實施例1取聚乙二醇1000作為改性劑，鹽酸為引發(fā)劑，環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂。按 照聚乙二醇與雙酚A型環(huán)氧樹脂的摩爾比1.5 1稱取原料，并按照聚乙二醇與雙酚A型 環(huán)氧樹脂質(zhì)量之和的0. 稱取鹽酸質(zhì)量，然后將上述三種原料混合，并置于60°C環(huán)境下， 加熱攪拌2小時，得到改性環(huán)氧樹脂?；旌系倪^程中發(fā)生如下的反應(yīng) 向上述改性環(huán)氧樹脂溶液中滴加氨水使溶液PH呈中性，在60°C環(huán)境下繼續(xù)加熱 攪拌1小時，在70°C溫度下，向上述的中性溶液中加入去離子水，攪拌并分散均勻使得溶液 發(fā)生自乳化，制得改性環(huán)氧樹脂乳液。上述溶液中加入氨水后，溶液發(fā)生如下反應(yīng) 對上述制備得到的上漿劑組分進行相應(yīng)的性能測試，測試結(jié)果如下1.改性環(huán)氧樹脂乳液PH值穩(wěn)定范圍1_14 ；2.改性環(huán)氧樹脂乳液高溫穩(wěn)定性在70°C烘箱內(nèi)保持20天不破乳。3.固體含量上漿劑組分固含量可以控制調(diào)配；4.毛絲量碳纖維束在兩個聚氨酯海綿擦(尺寸40mmX 5mmX 5mm，重約0. 35g)夾 持下，整個聚氨酯海綿擦載荷200g，碳纖維束以3m/min速度通過，測10分鐘后附在海綿上 的毛絲的重量，即為纖維束的摩擦毛絲量，計算方法碳纖維通過之前的海綿質(zhì)量為W1 (g)， 碳纖維通過之后的質(zhì)量為W2 (g)，毛絲量為(W2-W1) g。實驗結(jié)果如表1 表1毛絲量測試結(jié)果表
5試樣毛絲量(g) 實施例1數(shù)據(jù)是在制備改性環(huán)氧樹脂乳液過程中水與改性環(huán)氧樹脂質(zhì)量比為 10 1時得到的結(jié)果，實驗結(jié)果表明，將本發(fā)明制備得到的上漿劑組分涂敷在纖維表面，纖 維的毛絲量減少。實施例2將聚乙二醇1000、雙酚A型環(huán)氧樹脂、環(huán)氧稀釋劑和引發(fā)劑過硫酸銨混合，將混合 物置于95°C環(huán)境下，加熱攪拌2小時；在70°C溫度下，向上述的中性溶液中加入去離子水， 攪拌并分散均勻使得溶液發(fā)生自乳化，制得改性環(huán)氧樹脂乳液。其中聚乙二醇1000與雙酚 A型環(huán)氧樹脂摩爾比1 1，引發(fā)劑過硫酸銨加入質(zhì)量為聚乙二醇1000和雙酚A型環(huán)氧樹 脂質(zhì)量之和的1%。1.改性環(huán)氧樹脂乳液PH值穩(wěn)定范圍1_14 ；2.改性環(huán)氧樹脂乳液高溫穩(wěn)定性在70°C烘箱內(nèi)保持20天不破乳。3.固體含量上漿劑組分固含量可以控制調(diào)配；4毛絲量實驗結(jié)果如表2 表2毛絲量測試結(jié)果表 實施例2數(shù)據(jù)是在制備改性環(huán)氧樹脂乳液過程中水與改性環(huán)氧樹脂質(zhì)量比為 5 1時得到的結(jié)果，表2數(shù)據(jù)說明，將本發(fā)明制備得到的上漿劑組分涂敷在纖維表面，纖維 的毛絲量減少。實施例3將聚乙二醇1000、雙酚A型環(huán)氧樹脂、環(huán)氧稀釋劑和引發(fā)劑過硫酸鉀混合，將混合 物置于120°C環(huán)境下，加熱攪拌2小時；在70°C溫度下，向上述的中性溶液中加入去離子水， 攪拌并分散均勻使得溶液發(fā)生自乳化，制得改性環(huán)氧樹脂乳液。。其中聚乙二醇1000與雙 酚A型環(huán)氧樹脂摩爾比1 1.5，引發(fā)劑過硫酸鉀加入質(zhì)量為聚乙二醇1000與環(huán)氧樹脂質(zhì) 量之和的1%。1.改性環(huán)氧樹脂乳液PH值穩(wěn)定范圍1_14 ；2.改性環(huán)氧樹脂乳液高溫穩(wěn)定性在70°C烘箱內(nèi)保持20天不破乳。3.固體含量上漿劑組分固含量可以控制調(diào)配；
4毛絲量實驗結(jié)果如表3 表3毛絲量測試結(jié)果表 實施例3數(shù)據(jù)是在制備改性環(huán)氧樹脂乳液過程中水與改性環(huán)氧樹脂質(zhì)量比為 1 1時得到的結(jié)果，表3數(shù)據(jù)說明，將本發(fā)明制備得到的上漿劑組分涂敷在纖維表面，纖維 的毛絲量減少，碳纖維的加工性能從而得以改善。上述三個實施例說明，本發(fā)明的改性環(huán)氧樹脂乳液PH值穩(wěn)定性及高溫穩(wěn)定性優(yōu) 異；用該上漿劑組分涂敷的碳纖維與未上漿碳纖維相比，毛絲量少，集束性能好。
權(quán)利要求
一種多元醇改性環(huán)氧樹脂碳纖維乳液上漿劑組分的制備方法，其特征在于包括如下步驟步驟一、將多元醇、環(huán)氧樹脂和引發(fā)劑混合，將混合物置于60～120℃環(huán)境下，加熱攪拌2小時，得到改性環(huán)氧樹脂；步驟二、將步驟一制備的改性環(huán)氧樹脂在70℃溫度下加入去離子水，攪拌分散，制得改性環(huán)氧樹脂乳液，該改性環(huán)氧樹脂乳液即為多元醇改性環(huán)氧樹脂碳纖維乳液上漿劑組分。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多元醇改性環(huán)氧樹脂碳纖維乳液上漿劑組分的制備方法， 其特征在于步驟一中添加的各組分含量為多元醇與環(huán)氧樹脂摩爾比1 1.5 1.5 1， 引發(fā)劑質(zhì)量為多元醇與環(huán)氧樹脂質(zhì)量之和的0. 1%。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多元醇改性環(huán)氧樹脂碳纖維乳液上漿劑組分的制備方法， 其特征在于所述的多元醇為聚乙二醇1000、聚乙二醇3000或聚乙二醇6000 ；所述的環(huán)氧 樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂；所述的引發(fā)劑為鹽酸、硫酸鉀或過硫酸銨。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的一種多元醇改性環(huán)氧樹脂碳纖維乳液上漿劑組分的制備 方法，其特征在于當引發(fā)劑選用鹽酸時，則向步驟一中制備的改性環(huán)氧樹脂溶液中滴加氨 水，使溶液呈中性，然后進行步驟二。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的一種多元醇改性環(huán)氧樹脂碳纖維乳液上漿劑組分的制備 方法，其特征在于當引發(fā)劑選用鹽酸時，制備過程中發(fā)生如下反應(yīng) 當引發(fā)劑為過硫酸鉀或過硫酸銨時，制備過程中發(fā)生如下反應(yīng)
6. 一種多元醇改性環(huán)氧樹脂碳纖維乳液上漿劑組分，其特征在于采用權(quán)利要求1所 述的制備方法制備而成，改性環(huán)氧樹脂分子一端是環(huán)氧基團，另一端是聚醚鍵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多元醇改性環(huán)氧樹脂乳液上漿劑組分及其制備方法，所述方法是基于本體聚合，采用多元醇將雙酚A型環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基團開環(huán)，制得改性環(huán)氧。該改性環(huán)氧樹脂具有親水性，可以溶于水，在一定的條件下制備為改性環(huán)氧乳液。該改性環(huán)氧乳液即為多元醇改性環(huán)氧樹脂乳液上漿劑組分。制備過程中未加外來的乳化劑，該改性環(huán)氧乳液屬于自乳化體系，不會破乳分層，粘度適中可控，靜置穩(wěn)定性好，pH值穩(wěn)定性及高溫穩(wěn)定性優(yōu)異。上漿后不會在纖維上殘留外加乳化劑；用該上漿劑組分涂敷的碳纖維與未上漿碳纖維相比，毛絲量少，集束性能好，改性環(huán)氧樹脂一端為聚醚鍵、另一端是環(huán)氧基團的結(jié)構(gòu)也能保證界面性能的提高。
文檔編號C08G65/48GK101886336SQ20101021724
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者丁東, 劉千, 段躍新, 湯冰潔, 羅云烽, 肇研, 董安琪 申請人:北京航空航天大學(xué)