聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑及制法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑包含以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：主漿料：20%～35%；乳化劑：2%～7%；去離子水：58%～78%。本發(fā)明具有安全，無污染，能夠提高碳纖維與特種工程塑料間界面結(jié)合強(qiáng)度的優(yōu)點。
【專利說明】聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑及制法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于碳纖維上漿劑及制備方法和應(yīng)用，具體涉及一種聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)背景
[0002]近二十年來，隨著航空、航天等高【技術(shù)領(lǐng)域】對高強(qiáng)高韌及耐高溫復(fù)合材料需求的增長，碳纖維增強(qiáng)特種工程塑料逐漸引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。該類復(fù)合材料通過集成碳纖維的優(yōu)異力學(xué)性能，與特種工程塑料耐沖擊和耐高溫等特性，能夠克服目前通用碳纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度和耐溫性能差的缺點。但是，現(xiàn)有碳纖維增強(qiáng)特種工程塑料中，碳纖維與特種工程塑料間界面結(jié)合強(qiáng)度低，直接損害復(fù)合材料的整體性能。界面層在復(fù)合材料中發(fā)揮傳遞應(yīng)力的橋梁作用，優(yōu)異的界面結(jié)合能夠提高由基體向纖維的應(yīng)力傳遞效率，從而充分發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用，反之將降低纖維的增強(qiáng)效率，損害復(fù)合材料的整體性倉泛。
[0003]碳纖維復(fù)合材料的真實界面層，是以碳纖維表面上漿層為主體形成的過渡層。因此，新型碳纖維上漿劑的開發(fā)，是一種提高碳纖維與特種工程塑料間結(jié)合強(qiáng)度的可靠方法。特種工程塑料具有分子結(jié)構(gòu)中活性官能團(tuán)少和加工溫度高(300?400°C)的特點，因此碳纖維表面上漿層需具備兩點特性:(1)與特種工程相容性好；(2)耐溫性能優(yōu)異，加工過程無明顯分解。符合上述要求的上漿主劑，一般為特種工程塑料本身。專利CN 102660874和CN 102817241中公開了一種溶劑型的熱塑性上漿劑及其碳納米管改性體系，用于改善碳纖維等高性能纖維與特種工程塑料間的界面結(jié)合強(qiáng)度。美國專利4923752中公開了一種溶劑型的聚酰胺酸上漿劑，用于改善碳纖維與聚酰亞胺間的界面結(jié)合強(qiáng)度。但是，溶劑型上漿劑中富含有機(jī)溶劑，有機(jī)溶劑不但嚴(yán)重腐蝕設(shè)備，而且揮發(fā)的蒸汽危害操作人員身體健康，甚至?xí)l(fā)火災(zāi)和爆炸等生產(chǎn)事故。更重要的是，溶劑型的上漿劑所處理的纖維表面被單純的聚合物涂層所覆蓋，涂層聚合物中含氧的活性官能團(tuán)少，表面自由能低，潤濕性差，不利于基體材料對纖維的潤濕，限制了上漿劑對碳纖維與特種工程塑料間的界面結(jié)合強(qiáng)度的提高幅度。綜上，開發(fā)一種以現(xiàn)有特種工程塑料為上漿主劑的水性上漿劑，不但能避免有機(jī)溶劑所帶來的各種危害，而且能改善碳纖維與特種工程塑料之間的界面結(jié)合強(qiáng)度，提高碳纖維增強(qiáng)特種工程塑料整體性能，對進(jìn)一步促進(jìn)熱塑性復(fù)合材料行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有以商品化特種工程塑料為主漿料的上漿劑普遍包含有機(jī)溶劑，不適合碳纖維工業(yè)生產(chǎn)使用的問題，本發(fā)明的目的是提供一種安全，無污染，能夠提高碳纖維與特種工程塑料間界面結(jié)合強(qiáng)度的聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑及其制備方法和應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明的聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑，包含以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分:
(1)主漿料:20%?35%；
(2)乳化劑:2%?7%； (3)去離子水:58%?78%。
[0006]如上所述，主漿料為Ultem系列的聚醚酰亞胺類純樹脂，其中特別適合的聚醚酰亞胺類樹脂包括 Ultem 1000、Ultem 1000F、Ultem 1000P、Ultem 1000R、Ultem LTX300A、Ultem LTX300B 或 Ultem HTX1010F 中的一種或兩種。
[0007]如上所述，乳化劑為司班系列或吐溫系列乳化劑，其中特別適合的乳化劑包括Span-40、Span-60> Span-80> Tween-40> Tween-60 或 Tween-80 中的一種或兩種。
[0008]本發(fā)明上漿劑的制備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的:
(1)按主漿料與二氯甲烷的質(zhì)量比1:9?24，將主漿料溶于二氯甲烷中；
(2)將步驟(I)中主漿料的二氯甲烷溶液升溫到10?30°C，將乳化劑與主漿料按照上漿劑組成中各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，向溶液中添加乳化劑，并保持溫度恒定，通過乳化機(jī)在轉(zhuǎn)速8000?12000rpm的條件下乳化處理30?120min ；
(3)將主漿料與去離子水按照上漿劑組成中各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，向步驟(2)所得體系中加入去離子水，并保持步驟(2)中溫度和轉(zhuǎn)速不變，繼續(xù)攪拌30?120min ；
(4)將步驟(3)所得體系，在10?30°C及500?2000rpm條件下，繼續(xù)攪拌24?48h，便得到聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑。
[0009]本發(fā)明聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑的應(yīng)用包括以下步驟:
(1)按稀釋后主漿料與去離子水總質(zhì)量比1:49?199，在溫度40?60°C及轉(zhuǎn)速500?2000rpm攪拌條件下向聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑中加入去離子水，之后繼續(xù)保持溫度攪拌30?60min，得到稀釋的聚醚酰亞胺水乳液型上漿劑；
(2)將稀釋的聚醚酰亞胺水乳液型上漿劑倒入浸潰上漿裝置的漿槽中，未上漿碳纖維以走絲速度70?100m/h和絲束張力130?160g，擴(kuò)幅至原始絲束寬度3?6倍后，通過上將槽浸潰上衆(zhòng);
(3)上漿后碳纖維在100?160°C條件下烘干，然后收絲即可。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
(I)本發(fā)明所提供的聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑，原料來源簡單可靠，制備工藝易于重復(fù)實現(xiàn)，方便進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
[0011](2)本發(fā)明所提供的聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑，乳液粒徑分布均一性好，貯存穩(wěn)定性高，室溫避光條件貯存3個月無明顯破乳、分層和沉淀現(xiàn)象。
[0012](3)本發(fā)明所提供的聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑，利用二氯甲烷低沸點(39.8°C)極易揮發(fā)的特性，在成功將聚醚酰亞胺乳化后，通過攪拌去除體系中二氯甲烷，得到不含有機(jī)溶劑的水性體系，避免了溶液型上漿劑中由有機(jī)溶劑帶來的各種負(fù)面影響。
[0013](4)本發(fā)明所提供的聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑，包含富含活性官能團(tuán)的乳化劑，可明顯提高碳纖維表面的活性官能團(tuán)數(shù)量和表面自由能，改善碳纖維表面的潤濕性能，促進(jìn)碳纖維表面與基體材料間的分子級接觸，明顯提高碳纖維與特種工程塑料間的界面結(jié)合強(qiáng)度，可以用于解決目前應(yīng)用過程中由于二者界面粘結(jié)性差帶來的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是實施例1中聚醚酰亞胺水乳液型上漿劑上漿后碳纖維表面的掃描電子顯微鏡照片。【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0016]應(yīng)注意，此處的實施例僅用于說明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0017]還應(yīng)注意，在閱讀本發(fā)明的內(nèi)容后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明所做的各種改動或修改，這些等價形式同樣屬于所附權(quán)利要求書的限定范圍內(nèi)。
[0018]實施例1
稱取20g牌號為Ultem 1000的聚醚酰亞胺樹脂，加入到盛有180g 二氯甲烷的燒杯中，攪拌溶解，得到聚醚酰亞胺的二氯甲烷溶液。將該溶液水浴恒溫在10°C，加入2g牌號為Span-40的乳化劑,然后調(diào)節(jié)乳化機(jī)轉(zhuǎn)速為8000rpm,乳化處理30min。接著，向體系中加入35g去離子水，保持溫度和乳化轉(zhuǎn)速不變，繼續(xù)乳化30min。之后，采用電動攪拌機(jī)攪拌，在10°C及500rpm條件下攪拌24h，通過攪拌去除體系中二氯甲烷，即可得到聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑。
[0019]該上漿劑中主漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34.5%,乳化劑Span-40的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.9%,去離子水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為58.6%。
[0020]使用時，將高濃度上漿劑升溫至60°C，在攪拌速率為IOOOrpm條件下兌入3962g去離子水，攪拌30min，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的聚醚酰亞胺水乳液上漿劑。將稀釋后上漿劑倒入浸潰上漿裝置的漿槽中，未上漿的T300級碳纖維以走絲速度100m/h和絲束張力140g，在鍍鉻橡膠弓形圓棒上擴(kuò)幅至原始絲束寬度4倍后，通過上將槽浸潰上漿。上漿后碳纖維通過烘箱，在100°C條件下熱風(fēng)烘干后收絲。
[0021]實施例2
稱取20g牌號為Ultem 1000F的聚醚酰亞胺樹脂，加入到盛有140g 二氯甲烷的燒杯中，攪拌溶解，得到聚醚酰亞胺的二氯甲烷溶液。將該溶液水浴恒溫在30°C，加入4g牌號為Span-60的乳化劑，然后調(diào)節(jié)乳化機(jī)轉(zhuǎn)速為12000rpm，乳化處理llOmin。接著，向體系中加入34g去離子水，保持溫度和乳化轉(zhuǎn)速不變，繼續(xù)乳化50min。之后，采用電動攪拌機(jī)攪拌，在30°C及IOOOrpm條件下攪拌36h，通過攪拌去除體系中二氯甲烷，即可得到聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑。
[0022]該上漿劑中主漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34.5%,乳化劑Span-60的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.4%,去離子水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62.1%。
[0023]使用時，將高濃度上漿劑升溫至50°C，在攪拌速率為1200rpm條件下兌入962g去離子水，攪拌60min，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的聚醚酰亞胺水乳液上漿劑。將稀釋后上漿劑倒入浸潰上漿裝置的漿槽中，未上漿的T700級碳纖維以走絲速度70m/h和絲束張力160g，在鍍鉻橡膠弓形圓棒上擴(kuò)幅至原始絲束寬度3倍后，通過上將槽浸潰上漿。上漿后碳纖維通過烘箱，在160°C條件下熱風(fēng)烘干后收絲。
[0024]實施例3
稱取20g牌號為Ultem 1000P的聚醚酰亞胺樹脂，加入到盛有150g 二氯甲烷的燒杯中，攪拌溶解，得到聚醚酰亞胺的二氯甲烷溶液。將該溶液水浴恒溫在17°C，加入4g牌號為Span-40的乳化劑，然后調(diào)節(jié)乳化機(jī)轉(zhuǎn)速為8000rpm，乳化處理lOOmin。接著，向體系中加入76g去離子水，保持溫度和乳化轉(zhuǎn)速不變，繼續(xù)乳化lOOmin。之后，采用電動攪拌機(jī)攪拌，在24°C及2000rpm條件下攪拌48h，通過攪拌去除體系中二氯甲烷，即可得到聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑。
[0025]該上漿劑中主漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.0%，乳化劑Span-40的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%，去離子水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為76.0%。
[0026]使用時，將高濃度上漿劑升溫至55 °C，在攪拌速率為1400rpm條件下兌入1920g去離子水，攪拌45min，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的聚醚酰亞胺水乳液上漿劑。將稀釋后上漿劑倒入浸潰上漿裝置的漿槽中，未上漿T800級碳纖維以走絲速度98m/h和絲束張力157g，在鍍鉻橡膠弓形圓棒上擴(kuò)幅至原始絲束寬度6倍后，通過上將槽浸潰上漿。上漿后碳纖維通過烘箱，在120°C條件下熱風(fēng)烘干后收絲。
[0027]實施例4
稱取20g牌號為Ultem 1000R的聚醚酰亞胺樹脂，加入到盛有160g 二氯甲烷的燒杯中，攪拌溶解，得到聚醚酰亞胺的二氯甲烷溶液。將該溶液水浴恒溫在25°C，加入2g牌號為Span-80的乳化劑，然后調(diào)節(jié)乳化機(jī)轉(zhuǎn)速為12000rpm，乳化處理30min。接著，向體系中加入78g去離子水，保持溫度和乳化轉(zhuǎn)速不變，繼續(xù)乳化30min。之后，采用電動攪拌機(jī)攪拌，在27°C及1500rpm條件下攪拌30h，通過攪拌去除體系中二氯甲烷，即可得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑。
[0028]該上漿劑中主漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.0%,乳化劑Span-80的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%,去離子水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78.0%。
[0029]使用時，將高濃度上漿劑升溫至45°C，在攪拌速率為500rpm條件下兌入1738g去離子水，攪拌55min，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.1%的聚醚酰亞胺水乳液上漿劑。將稀釋后上漿劑倒入浸潰上漿裝置的漿槽中，未上漿的T300級碳纖維以走絲速度80m/h和絲束張力155g，在鍍鉻橡膠弓形圓棒上擴(kuò)幅至原始絲束寬度4倍后，通過上將槽浸潰上漿。上漿后碳纖維通過烘箱，在145°C條件下熱風(fēng)烘干后收絲。
[0030]實施例5
稱取20g牌號為Ultem LTX300A的聚醚酰亞胺樹脂，加入到盛有180g 二氯甲烷的燒杯中，攪拌溶解，得到聚醚酰亞胺的二氯甲烷溶液。將該溶液水浴恒溫在20°C，加入3g牌號為Tween-40的乳化劑，然后調(diào)節(jié)乳化機(jī)轉(zhuǎn)速為12000rpm，乳化處理90min。接著，向體系中加入60g去離子水，保持溫度和乳化轉(zhuǎn)速不變，繼續(xù)乳化60min。之后，采用電動攪拌機(jī)攪拌，在21 °C及1300rpm條件下攪拌35h，通過攪拌去除體系中二氯甲烷，即可得到聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑。
[0031]該上漿劑中主漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24.1%，乳化劑Tween-40的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.6%,去尚子水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為72.3%。
[0032]使用時，將高濃度上漿劑升溫至45°C，在攪拌速率為500rpm條件下兌入2159g去離子水，攪拌45min，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%的聚醚酰亞胺水乳液上漿劑。將稀釋后上漿劑倒入浸潰上漿裝置的漿槽中，未上漿的T800級碳纖維以走絲速度78m/h和絲束張力142g，在鍍鉻橡膠弓形圓棒上擴(kuò)幅至原始絲束寬度5倍后，通過上將槽浸潰上漿。上漿后碳纖維通過烘箱，在145°C條件下熱風(fēng)烘干后收絲。
[0033]實施例6
稱取20g牌號為Ultem LTX300B的聚醚酰亞胺樹脂，加入到盛有140g 二氯甲烷的燒杯中，攪拌溶解，得到聚醚酰亞胺的二氯甲烷溶液。將該溶液水浴恒溫在26°C，加入3g牌號為Tween-60的乳化劑，然后調(diào)節(jié)乳化機(jī)轉(zhuǎn)速為llOOOrpm，乳化處理120min。接著，向體系中加入50g去離子水，保持溫度和乳化轉(zhuǎn)速不變，繼續(xù)乳化lOOmin。之后，采用電動攪拌機(jī)攪拌，在27°C及SOOrpm條件下攪拌35h，通過攪拌去除體系中二氯甲烷，即可得到聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑。
[0034]該上漿劑中主漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27.4%,乳化劑Tween-60的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.1%，去尚子水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68.5%。
[0035]使用時，將高濃度上漿劑升溫至60°C，在攪拌速率為2000rpm條件下兌入2447g去離子水，攪拌50min，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%的聚醚酰亞胺水乳液上漿劑。將稀釋后上漿劑倒入浸潰上漿裝置的漿槽中，未上漿的M55J級碳纖維以走絲速度78m/h和絲束張力154g，在鍍鉻橡膠弓形圓棒上擴(kuò)幅至原始絲束寬度3倍后，通過上將槽浸潰上漿。上漿后碳纖維通過烘箱，在143°C條件下熱風(fēng)烘干后收絲。
[0036]實施例7
稱取20g牌號為Ultem HTX1010F的聚醚酰亞胺樹脂，加入到盛有155g 二氯甲烷的燒杯中，攪拌溶解，得到聚醚酰亞胺的二氯甲烷溶液。將該溶液水浴恒溫在18°C，加入4g牌號為Tween-80的乳化劑，然后調(diào)節(jié)乳化機(jī)轉(zhuǎn)速為lOOOOrpm，乳化處理lOOmin。接著，向體系中加入70g去離子水，保持溫度和乳化轉(zhuǎn)速不變，繼續(xù)乳化120min。之后，采用電動攪拌機(jī)攪拌，在15°C及1700rpm條件下攪拌28h，通過攪拌去除體系中二氯甲烷，即可得到聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑。
[0037]該上漿劑中主漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.3%，乳化劑Tween-80的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.3%，去尚子水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為74.4%。
[0038]使用時，將高濃度上漿劑升溫至40°C，在攪拌速率為2000rpm條件下兌入1259g去離子水，攪拌40min，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的聚醚酰亞胺水乳液上漿劑。將稀釋后上漿劑倒入浸潰上漿裝置的漿槽中，未上漿的M55J級碳纖維以走絲速度88m/h和絲束張力157g，在鍍鉻橡膠弓形圓棒上擴(kuò)幅至原始絲束寬度3倍后，通過上將槽浸潰上漿。上漿后碳纖維通過烘箱，在145°C條件下熱風(fēng)烘干后收絲。
[0039]實施例8
稱取牌號為Ultem 1000和Ultem HTX1010F的聚醚酰亞胺樹脂各10g，加入到盛有175g 二氯甲烷的燒杯中，攪拌溶解，得到聚醚酰亞胺的二氯甲烷溶液。將該溶液水浴恒溫在19°C,加入牌號為Span-40和Tween-40的乳化劑各Ig,然后調(diào)節(jié)乳化機(jī)轉(zhuǎn)速為8000rpm,乳化處理llOmin。接著，向體系中加入65g去離子水，保持溫度和乳化轉(zhuǎn)速不變，繼續(xù)乳化IlOmin0之后，采用電動攪拌機(jī)攪拌，在20°C及1200rpm條件下攪拌40h，通過攪拌去除體系中二氯甲烷，即可得到聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑。
[0040]該上漿劑中主漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.0%，乳化劑Span-40與Tween-40質(zhì)量之和的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.3%，去離子水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為74.7%。
[0041 ] 使用時，將高濃度上漿劑升溫至40 0C，在攪拌速率為2000rpm條件下兌入1933g去離子水，攪拌60min，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的聚醚酰亞胺水乳液上漿劑。將稀釋后上漿劑倒入浸潰上漿裝置的漿槽中，未上漿的T700級碳纖維以走絲速度77m/h和絲束張力157g，在鍍鉻橡膠弓形圓棒上擴(kuò)幅至原始絲束寬度5倍后，通過上將槽浸潰上漿。上漿后碳纖維通過烘箱，在160°C條件下熱風(fēng)烘干后收絲。
[0042]實施例9
稱取牌號為Ultem 1000R和Ultem HTX1010F的聚醚酰亞胺樹脂各10g，加入到盛有165g 二氯甲烷的燒杯中，攪拌溶解，得到聚醚酰亞胺的二氯甲烷溶液。將該溶液水浴恒溫在29°C，加入牌號為Span-40和Span-80的乳化劑各2g，然后調(diào)節(jié)乳化機(jī)轉(zhuǎn)速為12000rpm，乳化處理120min。接著，向體系中加入55g去離子水，保持溫度和乳化轉(zhuǎn)速不變，繼續(xù)乳化120min。之后，采用電動攪拌機(jī)攪拌，在26 °C及500rpm條件下攪拌24h，通過攪拌去除體系中二氯甲烷，即可得到聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑。
[0043]該上漿劑中主漿料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.3%，乳化劑Span-40與Span-80質(zhì)量之和的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.1%，去尚子水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為69.6%。
[0044]使用時，將高濃度上漿劑升溫至40°C，在攪拌速率為2000rpm條件下兌入1608g去離子水，攪拌30min，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%的聚醚酰亞胺水乳液上漿劑。將稀釋后上漿劑倒入浸潰上漿裝置的漿槽中，未上漿的T300級碳纖維以走絲速度74m/h和絲束張力138g，在鍍鉻橡膠弓形圓棒上擴(kuò)幅至原始絲束寬度3倍后，通過上將槽浸潰上漿。上漿后碳纖維通過烘箱，在160°C條件下熱風(fēng)烘干后收絲。
[0045]為驗證本發(fā)明的有效性，進(jìn)行如下測試:
測試I
采用Zetasizer NANO ZS90型納米粒度及Zeta電位分析儀,檢測實施例1?9中稀釋后聚醚酰亞胺水乳液型上漿劑的平均粒徑及Zeta電位，得到新鮮上漿劑的乳液特性。將未稀釋的上漿劑在室溫及避光條件下貯存3個月，再稀釋至不同實施例各自的工作濃度后，檢測貯存后上漿劑的平均粒徑及Zeta電位，得到貯存后上漿劑的乳液特性。通過對比貯存前后上漿劑平均粒徑和Zeta電位的變化，表征上漿劑的貯存穩(wěn)定性。
[0046]上漿劑平均粒徑的評價標(biāo)準(zhǔn)為:小于500nm為優(yōu)，500?800nm為良，800?IOOOnm為中，IOOOnm以上為不合格。
[0047]上衆(zhòng)劑Zeta電位的評價標(biāo)準(zhǔn)為:_40?_60mV為穩(wěn)定性高,_30?_40mV為穩(wěn)定性一般，-10?-30mV為不穩(wěn)定。
[0048]測試2
將實施例1?9中上漿碳纖維表面噴鉬，采用JSM-7001F型掃描電子顯微鏡觀察上漿后碳纖維表面形貌，表征上漿劑成膜性能。
[0049]上漿劑成膜性能評價標(biāo)準(zhǔn)為:碳纖維表面得到連續(xù)均一的漿層為成膜性能優(yōu)，碳纖維表面漿層出現(xiàn)不連續(xù)或上漿不均勻為成膜性能差。
[0050]測試3
采用微珠脫粘法測試實施例1?9中上漿碳纖維和未上漿碳纖維與不同特種工程塑料間的界面剪切強(qiáng)度。其中，試樣制備的詳細(xì)方法可參見《復(fù)合材料界面》(ISBN978-7-122-08573-3)第52頁，試樣制備所用溫度歷程均為:空氣氣氛中，從室溫按10°C /min升溫至360°C,恒溫20min后,按5°C /min速率降溫至160°C,最后自然冷卻至室溫。
[0051]測試結(jié)果列于表I中，其中與實施例1?9中碳纖維復(fù)合制備層合板的特種工程塑料，依據(jù)從實施例1至實施例9的次序分別為:聚醚醚酮Victrex 150P、聚醚醚酮Victrex 450P、聚醚諷 Ultrason E2010、聚醚酸亞胺 Ultem 1000、聚諷 Ultrason S2010、熱塑性聚酰亞胺P-84、熱塑性聚酰亞胺SP-1、聚苯硫醚TOTelina 1140A6和聚酰胺酰亞胺Torlon 4203。
[0052]從表1中可以明顯看出，本發(fā)明制備的聚醚酰亞胺水乳液型上漿劑具備極佳的貯存穩(wěn)定性，貯存3個月后平均粒徑與表征上漿劑穩(wěn)定性的Zeta電位仍然保持了與新鮮上漿劑相當(dāng)?shù)乃?，并且上漿劑具備優(yōu)異的成膜性能。此外，從界面剪切強(qiáng)度的測試結(jié)果來看，對于常見的有代表性的特種工程塑料，本發(fā)明所制備上漿劑均能提高碳纖維與基體塑料的結(jié)合強(qiáng)度。
[0053]表1
【權(quán)利要求】
1.一種聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑，其特征在于聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑，包含以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分: (1)主漿料:20%?35%; (2)乳化劑:2%?7%； (3)去離子水:58%?78%。
2.如權(quán)利要求1所述的一種聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑，其特征在于所述的主漿料為Ultem系列的聚醚酰亞胺類樹脂中的一種或兩種。
3.如權(quán)利要求2所述的一種聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑，其特征在于所述的聚醚酰亞胺類樹脂包括 Ultem 1000、Ultem 1000F、Ultem 1000P、Ultem 1000R、UltemLTX300A、Ultem LTX300B 或 Ultem HTX1010F。
4.如權(quán)利要求1所述的一種聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑，其特征在于所述乳化劑為司班系列或吐溫系列乳化劑中的一種或兩種。
5.如權(quán)利要求4所述的一種聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑，其特征在于所述司班系列乳化劑為 Span-40、Span-60 或 Span-80。
6.如權(quán)利要求4所述的一種聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑，其特征在于所述吐溫系列乳化劑為 Tween-40、Tween-60 或 Tween-80。
7.如權(quán)利要求1一 6任一項所述的一種聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)按主漿料與二氯甲烷的質(zhì)量比1:9?24，將主漿料溶于二氯甲烷中； (2)將步驟(I)中主漿料的二氯甲烷溶液升溫到10?30°C，將乳化劑與主漿料按照上漿劑組成中各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，向溶液中添加乳化劑，并保持溫度恒定，通過乳化機(jī)在轉(zhuǎn)速8000?12000rpm的條件下乳化處理30?120min ； (3)將主漿料與去離子水按照上漿劑組成中各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，向步驟(2)所得體系中加入去離子水，并保持步驟(2)中溫度和轉(zhuǎn)速不變，繼續(xù)攪拌30?120min ； (4)將步驟(3)所得體系，在10?30°C及500?2000rpm條件下，繼續(xù)攪拌24?48h，便得到聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑。
8.如權(quán)利要求1一 6任一項所述的一種聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑的應(yīng)用，其特征在于包括以下步驟: (1)按稀釋后主漿料與去離子水總質(zhì)量比1:49?199，在溫度40?60°C及轉(zhuǎn)速500?2000rpm攪拌條件下向聚醚酰亞胺水乳液型碳纖維上漿劑中加入去離子水，之后繼續(xù)保持溫度攪拌30?60min，得到稀釋的聚醚酰亞胺水乳液型上漿劑； (2)將稀釋的聚醚酰亞胺水乳液型上漿劑倒入浸潰上漿裝置的漿槽中，未上漿碳纖維以走絲速度70?100m/h和絲束張力130?160g，擴(kuò)幅至原始絲束寬度3?6倍后，通過上將槽浸潰上衆(zhòng); (3)上漿后碳纖維在100?160°C條件下烘干，然后收絲即可。
【文檔編號】D06M15/59GK103757927SQ201410012914
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】呂春祥, 張壽春, 原浩杰 申請人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所