一種碳纖維用界面增強(qiáng)型碳納米管上漿劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于碳纖維用上漿劑領(lǐng)域，具體涉及一種碳纖維用界面增強(qiáng)型碳納米管上漿劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維是由原絲經(jīng)過預(yù)氧化、炭化、石墨化等一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化制得，伸長率低而且比較脆，在使用、加工的過程中要經(jīng)過拉伸、摩擦等作用，會出現(xiàn)起毛、松散等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響碳纖維的使用性能和碳纖維制品的性能，所以在碳纖維生產(chǎn)中要進(jìn)行上漿處理。經(jīng)過上漿處理后的碳纖維和基體樹脂的結(jié)合性能會有所增強(qiáng)，但是增強(qiáng)效果有限。
[0003]在上漿處理時使用的上漿劑主要分為溶劑型上漿劑和乳液型上漿劑，溶劑型上漿劑由主劑和有機(jī)溶劑構(gòu)成，有機(jī)溶劑易揮發(fā)，污染環(huán)境，影響操作者的身體健康。乳液型上漿劑由主劑和水構(gòu)成，沒有易揮發(fā)相，環(huán)境友好。目前使用較多的碳纖維用乳液型上漿劑主要由樹脂、表面活性劑、水、助劑等構(gòu)成，隨著存儲時間的增加會出現(xiàn)破乳、沉淀、樹脂析出等現(xiàn)象，使上漿劑失效，而且使用單一成分的樹脂，不會較大程度提高碳纖維和基體樹脂的結(jié)合性能。所以現(xiàn)在需要開發(fā)一種性能穩(wěn)定，又能夠較大程度提高碳纖維與基體結(jié)合強(qiáng)度的新型上漿劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種碳纖維用界面增強(qiáng)型碳納米管上漿劑及其制備方法。
[0005]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的具體方案為:
[0006]表面接枝環(huán)氧官能團(tuán)的碳納米管在制備上漿劑中的應(yīng)用。
[0007]表面接枝環(huán)氧官能團(tuán)的碳納米管的制備方法，包括如下步驟:
[0008]將碳納米管混合于強(qiáng)酸溶液中，反應(yīng)得到表面含有羧基官能團(tuán)的碳納米管，將得到的表面含有羧基官能團(tuán)的碳納米管與溶劑混合后得到混合液A，將環(huán)氧樹脂與溶劑混合后得到混合液B，將混合液A和混合液B混合后，加熱反應(yīng)后，得到改性碳納米管。
[0009]碳納米管在粘稠體系中會有團(tuán)聚現(xiàn)象，所以先要在溶劑中分散，環(huán)氧樹脂較為粘稠，也需要現(xiàn)在溶劑中溶解稀釋，將兩種物質(zhì)都分散好后再混合，以保證碳納米管和環(huán)氧樹脂的接觸面積更大，進(jìn)而使碳納米管能夠更好的和環(huán)氧樹脂反應(yīng)。若將三者直接混合，因為環(huán)氧樹脂較為粘稠，當(dāng)放入溶劑中時整個體系較為粘稠，碳納米管出現(xiàn)團(tuán)聚，即使攪拌后環(huán)氧樹脂溶解在體系中，碳納米管已經(jīng)產(chǎn)生團(tuán)聚，和環(huán)氧樹脂的接觸面積有限，反應(yīng)會不充分。
[0010]優(yōu)選的，所述強(qiáng)酸為濃鹽酸(普通市售型質(zhì)量濃度36.5%，11.9mol/L)、濃硫酸(普通市售型質(zhì)量濃度98%，18.4mol/L)或濃硝酸(普通市售型質(zhì)量濃度65%，14.4mol/L)中的一種或多種的混合物。
[0011]優(yōu)選的，每升強(qiáng)酸中加入的碳納米管的用量為0.3-3g。
[0012]優(yōu)選的，所述混合液A中碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1% -10%;混合液B中，環(huán)氧樹脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% -50%，混合液A與混合液B的體積比為1:10-15:1。
[0013]優(yōu)選的，所述加熱反應(yīng)的加熱溫度為40°C _80°C，反應(yīng)時間為1-10小時。
[0014]優(yōu)選的，所述溶劑為甲苯、丙酮、乙醇或二甲基亞砜中的一種。
[0015]—種碳纖維用界面增強(qiáng)型碳納米管上漿劑，由以下組分制成:水，環(huán)氧樹脂，乳化劑，改性碳納米管，其中，所述改性碳納米管為表面接枝環(huán)氧官能團(tuán)的碳納米管。
[0016]接枝環(huán)氧官能團(tuán)的目的是為了使碳納米管能夠更好的和上漿劑中的環(huán)氧樹脂結(jié)合，當(dāng)上漿劑涂覆在碳纖維表面時，碳納米管表面帶有環(huán)氧官能團(tuán)，這樣能夠更好的和碳纖維材料的基體結(jié)合，提高了涂覆有本發(fā)明上漿劑的碳纖維和基體樹脂的結(jié)合性能與界面性會泛。
[0017]優(yōu)選的，碳纖維用界面增強(qiáng)型碳納米管上漿劑，由以下重量份的組分制成:水60-80份，環(huán)氧樹脂20-40份，乳化劑0.01-6份，改性碳納米管0.002-1.2份，其中，所述改性碳納米管為表面接枝環(huán)氧官能團(tuán)的碳納米管。
[0018]優(yōu)選的，上述碳纖維用界面增強(qiáng)型碳納米管上漿劑，由以下重量份的組分制成:水70-80份，環(huán)氧樹脂25-35份，乳化劑0.125-5.25份，改性碳納米管0.0025-1.05份。
[0019]優(yōu)選的，所述環(huán)氧樹脂為縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂、縮水甘油酯型環(huán)氧樹脂、縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂或線性脂肪族型環(huán)氧樹脂中的一種或多種的混合物。
[0020]優(yōu)選的，所述乳化劑為脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺聚氧乙烯醚、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚、烷基醇酰胺、烷基聚葡萄糖苷、多元醇酯、氨鹽、季銨鹽、雜環(huán)類鹽、羧酸鹽、硫酸鹽、脂肪醇硫酸鹽、硫酸化油、磺酸鹽、烷基萘磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽或烷基磺酸鹽中的一種或多種的混合物。
[0021]上述碳纖維用界面增強(qiáng)型碳納米管上漿劑的制備方法，包括如下步驟:按上述配比，將改性碳納米管分散到環(huán)氧樹脂中，然后在環(huán)氧樹脂中加入乳化劑，加熱并攪拌得到混合液，然后在混合液中滴入水，水加完后，攪拌，得到界面增強(qiáng)性碳納米管上漿劑；上述水的加入分為兩個過程，第一過程:水緩慢滴加如環(huán)氧樹脂混合物中，滴加速度為l-1000ml/h，(此階段水的含量較少，形成油包水型乳液)；第二過程:(隨著水的逐步滴入，水的含量逐步增加)，當(dāng)混合液突變成乳白色時，形成了水包油型乳液(此時水作為連續(xù)相，環(huán)氧樹脂及改性的碳納米管是分散相，當(dāng)突變后增加水的滴加速度，及進(jìn)入第二過程層)，水的滴加速度變?yōu)?.l-10L/ho采用先慢速滴加能夠使水滴更加細(xì)小的分散在環(huán)氧樹脂中，當(dāng)從油包水轉(zhuǎn)變成水包油時，能夠使分散相的粒徑更小，形成的乳液更加穩(wěn)定。
[0022]優(yōu)選的，所述改性碳納米管分散在環(huán)氧樹脂中的方法為超聲波分散0.5-5h ;或通過膠體磨、球磨機(jī)或高速攪拌器機(jī)械攪拌分散0.5-5h。
[0023]上述碳纖維用界面增強(qiáng)型碳納米管上漿劑在碳纖維生產(chǎn)中的應(yīng)用。
[0024]本發(fā)明的有益效果為:
[0025]和普通的上漿劑相比，本發(fā)明制備的上漿劑中含有表面接枝環(huán)氧官能團(tuán)的碳納米管，該改性碳納米管的長徑比高，上漿后存在于碳纖維表面，能夠提高碳纖維和樹脂基體的界面強(qiáng)度，提高制備成型的復(fù)合材料材的力學(xué)性能，上漿劑中采用碳納米管外層包覆環(huán)氧樹脂的核殼結(jié)構(gòu)，能夠保證碳納米管有效的附著在碳纖維表面；
[0026]該改性碳納米管和上漿劑中的環(huán)氧樹脂結(jié)合，有效提高了上漿劑的穩(wěn)定性，有效防止了上漿劑破乳、沉淀和樹脂析出等現(xiàn)象的發(fā)生，有效提高了碳纖維的使用性能。碳納米管上接枝環(huán)氧官能團(tuán)，當(dāng)上漿劑涂覆到碳纖維上時，環(huán)氧官能團(tuán)可以使碳纖維材料與基體樹脂的結(jié)合，提高了涂覆有本發(fā)明上漿劑的碳纖維和基體樹脂的結(jié)合性能與界面性能。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0028]實施例1
[0029]—種碳纖維用界面增強(qiáng)型碳納米管上漿劑，具體制備方法如下:
[0030]將900mg碳納米管倒入濃度為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.5 %的鹽酸溶液中，鹽酸溶液體積為3L，攪拌10小時后，將含有碳納米管的鹽酸溶液經(jīng)過過濾、洗滌、干燥得到表面含有羧基官能團(tuán)的改性碳納米管，稱取900mg改性碳納米管，倒入8.lg甲苯中，得到碳納米管-甲苯混合液。將27g雙酚A型E51環(huán)