技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種復合型水基碳纖維上漿劑及其制備方法和使用方法，屬于碳纖維制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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聚丙烯腈基碳纖維具有眾多優(yōu)異性能，是現(xiàn)代先進復合材料的重要增強體。在纖維復合材料承載時，纖維與樹脂間的界面層在應力傳遞中起到了關(guān)鍵作用。復合材料界面層的形成與碳纖維制造過程中上漿劑的種類和上漿方法密不可分。

目前大多數(shù)碳纖維上漿劑的主要成分為熱固性環(huán)氧樹脂，這類上漿劑在碳纖維包裝、運輸和復合材料制造過程能夠很好地保護纖維減少損傷，并且也能較好地在熱固性復合材料中應用。隨著復合材料技術(shù)的發(fā)展，熱塑性復合材料成為現(xiàn)代復合材料的發(fā)展方向。

目前碳纖維用環(huán)氧樹脂類上漿劑只能用于熱固性復合材料，對與熱塑性樹脂和耐高溫熱塑性樹脂存在相容性差的問題，影響復合材料的性能。另外由于環(huán)氧樹脂熱降解溫度在200℃以下，而絕大多數(shù)耐高溫熱塑性樹脂的成型工藝溫度范圍都超過250℃，因此單一環(huán)氧樹脂上漿的碳纖維不適于同這些熱塑性樹脂匹配制備復合材料。目前并沒有適用于耐高溫熱塑性樹脂的專用碳纖維上漿劑。cn104389177a公開了一種碳纖維上漿劑及其上漿方法，通過對環(huán)氧樹脂上漿劑加入聚氨酯樹脂，改善了碳纖維絲束的耐摩擦性能和開纖性；cn201610044193.x公開了一種碳纖維用復合型水性乳液上漿劑，有水性改性環(huán)氧乳液和脂肪族熱塑性上漿劑組成，克服了單一環(huán)氧樹脂上漿劑脆性和耐沖擊性差的問題。上述碳纖維上漿劑可用于常規(guī)熱塑性樹脂復合材料的制備，但由于上漿劑所用樹脂自身耐溫不高，不能滿足如peek、pi、pps等熱塑性工程塑料為基體的復合材料的制備。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種復合型水基碳纖維上漿劑及其制備方法和使用方法，采用水性聚酰胺酰亞胺/環(huán)氧樹脂進行復合，得到的水基碳纖維復合上漿劑既適用于常規(guī)熱固性樹脂又適用于熱塑性基體，特別是適用于諸如聚醚醚酮(peek)、聚酰亞胺(pi)、聚苯硫醚(pps)等耐高溫工程塑料。

本發(fā)明提供的一種復合型水基碳纖維上漿劑其組成和質(zhì)量分數(shù)為：

聚酰胺酰亞胺水性漿料：1～10％

環(huán)氧樹脂：1～10％

乳化劑：1～5％

有機溶劑：3～15％

其余為水

所采用的聚酰胺酰亞胺水性漿料的固含量為20～35％，粘度為1000～2500cps。

所述環(huán)氧樹脂為通用型e系列環(huán)氧樹脂或其改性產(chǎn)品。

所述乳化劑為司班系列、吐溫系列或op系列乳化劑，乳化劑優(yōu)選：span-40、span-60、tween-40、tween-60、op-10或op-4中的一種或它們的混合物。

所述有機溶劑為能夠溶解環(huán)氧樹脂的有機溶劑，包括但不限于甲苯、二甲苯、正庚烷。

本發(fā)明上述復合型水基碳纖維上漿劑制備方法的具體步驟為：

(1)將乳化劑按上漿劑組成中各組分質(zhì)量分數(shù)溶解在水中；

(2)將環(huán)氧樹脂溶解于有機溶劑中；

(3)在攪拌條件下將聚酰胺酰亞胺水性漿料分散到步驟(1)所得的體系中；

(4)將步驟(2)所得的體系在攪拌條件下緩慢加入到步驟(3)所得的體系中，最好控制攪拌速度在10000～30000rpm，繼續(xù)攪拌1～5小時，得到聚酰胺酰亞胺/環(huán)氧樹脂復合型水性碳纖維上漿劑。

本發(fā)明所述復合型水基碳纖維上漿劑的使用方法：

將步驟(4)得到的水性復合上漿劑在攪拌條件下用水稀釋2～50倍，對碳纖維絲束進行浸漬，浸漬時間1～100秒，隨后進行烘干，烘干溫度為120～300℃，烘干時間為0.1～10分鐘。上漿后碳纖維表面上漿量(質(zhì)量分數(shù))為0.1～5％。

本發(fā)明的有益效果：通過聚酰胺酰亞胺/環(huán)氧樹脂共混制備的水性復合上漿劑，對碳纖維具有良好的上漿效果，碳纖維與樹脂的層間剪切強度提高35％以上，上漿后的碳纖維既可以用于熱固性樹脂基復合材料的制備，也可以用于耐高溫熱塑性樹脂基復合材料的制備，有效解決了現(xiàn)有上漿劑不能用于耐高溫熱塑性樹脂基復合材料用碳纖維的上漿問題，同時具有通用性、環(huán)保性的特點。

具體實施方式：

實施例1

(1)將20g牌號為span-40的乳化劑溶解于1000ml去離子水中；

(2)將50g環(huán)氧樹脂e44溶解于100ml二甲苯中；

(3)在攪拌條件下向步驟(1)的溶液中加入50g牌號為bf-10l的聚酰胺酰亞胺漿料(固含量27％，粘度1200cps)至完全溶解；

(4)調(diào)節(jié)高速攪拌器(flukefa25)攪拌速度20000rpm，將步驟(2)的溶液緩慢加入到步驟(3)的溶液中，繼續(xù)攪拌2小時，即得到聚酰胺酰亞胺/環(huán)氧樹脂復合型水性碳纖維上漿劑。

該上漿劑中聚酰胺酰亞胺漿料的質(zhì)量分數(shù)為4.17％，環(huán)氧樹脂的質(zhì)量分數(shù)為4.17％，乳化劑質(zhì)量分數(shù)為1.66％，有機溶劑質(zhì)量分數(shù)為6.67％，去離子水質(zhì)量分數(shù)為83.33％。

上漿前，取上述上漿劑100ml，在攪拌條件下加入2000ml去離子水，置于碳纖維試驗生產(chǎn)線的上漿槽中，將碳纖維絲束導入上漿槽中，使得碳纖維在上漿劑中浸漬5s，然后在120℃熱風干燥器中停留3分鐘進行烘干，得到上漿量為0.5％的碳纖維。

將上漿后的碳纖維和環(huán)氧樹脂e44制成單向板(碳纖維質(zhì)量分數(shù)60％)，依據(jù)gb/t1450.1-2005進行層間剪切強度測試，其層間剪切強度為82.4mpa，與未上漿碳纖維的層間剪切強度60.8mpa比，增加了35.5％。

實施例2

(1)將10g牌號為span-40的乳化劑和10g牌號為tween-60溶解于1000ml去離子水中；

(2)將100g環(huán)氧樹脂e44溶解于200ml二甲苯中；

(3)在攪拌條件下往步驟(1)的溶液中加入100g牌號為bf-10l的聚酰胺酰亞胺漿料(固含量27％，粘度1200cps)至完全溶解；

(4)調(diào)節(jié)高速攪拌器(flukefa25)攪拌速度20000rpm，將步驟(2)的溶液逐漸加入到步驟(3)的溶液中，繼續(xù)攪拌2小時，即得到聚酰胺酰亞胺/環(huán)氧樹脂復合型水性碳纖維上漿劑。

該上漿劑中聚酰胺酰亞胺漿料的質(zhì)量分數(shù)為7.25％，環(huán)氧樹脂的質(zhì)量分數(shù)為7.25％，乳化劑質(zhì)量分數(shù)為1.45％，有機溶劑質(zhì)量分數(shù)為11.60％，去離子水質(zhì)量分數(shù)為72.45％。

上漿前，取上述上漿劑200ml，在攪拌條件下加入2000ml去離子水，置于碳纖維試驗生產(chǎn)線的上漿槽中，將碳纖維絲束導入上漿槽中，使得碳纖維在上漿劑中浸漬5s，然后在120℃熱風干燥器中停留3分鐘進行烘干，得到上漿量為1.0％的碳纖維。

將上漿后的碳纖維和環(huán)氧樹脂e44制成單向板(碳纖維質(zhì)量分數(shù)60％)，依據(jù)gb/t1450.1-2005進行層間剪切強度測試，其層間剪切強度為92.6mpa，與未上漿碳纖維的層間剪切強度60.8mpa比，增加了52.3％。

實施例3

(1)將20g牌號為span-40的乳化劑和20g牌號為tween-60溶解于1000ml去離子水中；

(2)將50g環(huán)氧樹脂e44溶解于200ml正庚烷中；

(3)在攪拌條件下往步驟(1)的溶液中加入100g牌號為bf-10h的聚酰胺酰亞胺漿料(固含量34％，粘度1500cps)至完全溶解；

(4)調(diào)節(jié)高速攪拌器(flukefa25)攪拌速度25000rpm，將步驟(2)的溶液逐漸加入到步驟(3)的溶液中，繼續(xù)攪拌2小時，即得到聚酰胺酰亞胺/環(huán)氧樹脂復合型水性碳纖維上漿劑。

該上漿劑中聚酰胺酰亞胺漿料的質(zhì)量分數(shù)為8.0％，環(huán)氧樹脂的質(zhì)量分數(shù)為4.0％，乳化劑質(zhì)量分數(shù)為3.2％，有機溶劑質(zhì)量分數(shù)為12.8％，去離子水質(zhì)量分數(shù)為74.0％。

上漿前，取上述上漿劑500ml，在攪拌條件下加入2000ml去離子水，置于碳纖維試驗生產(chǎn)線的上漿槽中，將碳纖維絲束導入上漿槽中，使得碳纖維在上漿劑中浸漬5s，然后在200℃熱風干燥器中停留5分鐘進行烘干，得到上漿量為1.2％的碳纖維。

將上漿后的碳纖維和pi制成單向板(碳纖維質(zhì)量分數(shù)58％)，依據(jù)gb/t1450.1-2005進行層間剪切強度測試，其層間剪切強度為71.3mpa，與未上漿碳纖維的層間剪切強度47.6mpa比，增加了50.0％。

實施例4

(1)將30g牌號為op-10的乳化劑溶解于1000ml去離子水中；

(2)將25g環(huán)氧樹脂e44溶解于100ml甲苯中；

(3)在攪拌條件下往步驟(1)的溶液中加入100g牌號為bf-10l的聚酰胺酰亞胺漿料(固含量27％，粘度1200cps)至完全溶解；

(4)調(diào)節(jié)高速攪拌器攪(flukefa25)拌速度25000rpm，將步驟(2)的溶液逐漸加入到步驟(3)的溶液中，繼續(xù)攪拌2小時，即得到聚酰胺酰亞胺/環(huán)氧樹脂復合型水性碳纖維上漿劑。

該上漿劑中聚酰胺酰亞胺漿料的質(zhì)量分數(shù)為8.11％，環(huán)氧樹脂的質(zhì)量分數(shù)為2.02％，乳化劑質(zhì)量分數(shù)為2.43％，有機溶劑質(zhì)量分數(shù)為6.48％，去離子水質(zhì)量分數(shù)為80.97％。

上漿前，取上述上漿劑200ml，在攪拌條件下加入2000ml去離子水，置于碳纖維試驗生產(chǎn)線的上漿槽中，將碳纖維絲束導入上漿槽中，使得碳纖維在上漿劑中浸漬5s，然后在250℃熱風干燥器中停留5分鐘進行烘干，得到上漿量為1.0％的碳纖維。

將上漿后的碳纖維和peek制成單向板(碳纖維質(zhì)量分數(shù)61％)，依據(jù)gb/t1450.1-2005進行層間剪切強度測試，其層間剪切強度為65.5mpa，與未上漿碳纖維的層間剪切強度47.6mpa比，增加了37.6％。