一種高耐磨性碳纖維用乳液上漿劑及其制備和應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于碳纖維化工領域，具體涉及一種高耐磨性碳纖維用乳液上漿劑及其制 備和應用。
【背景技術】
[0002] 碳纖維制備工程中，上漿工藝起到及其重要的作用。由碳纖維做增強纖維所制備 的樹脂基復合材料，兩相之間的實際界面是由碳纖維-上漿劑-基體樹脂H者組成的過渡 整體。其中，上漿劑同時連接碳纖維和基體樹脂，是承載外力傳遞的重要部分。當增強纖維 通過上漿劑和基體樹脂復合過程中產生強連接，通過界面的剪切應變可有效傳遞載荷，大 大提高復合材料承受外力的整體能力。
[0003] 工程生產與應用經驗表明，除上漿劑的主成分和碳纖維上漿量外，碳纖維上漿后 耐磨性、集束性、擴幅性等多種工藝性能也對碳纖維后續(xù)應用及復合材料的制備有決定性 的影響。碳纖維經機織、編織、針織等各種織造工藝和設備生產出中間預成型體，上漿碳纖 維的耐磨性是制約各種織造工程好壞的重要指標。上漿碳纖維耐磨性越高，通過織造工藝 各漉軸后起毛量越少，更容易穿經穿巧，在開口過程中高速多次的摩擦條件下不易斷絲，極 大的提高了生產效率，降低生產和維護成本。一種具有優(yōu)良應用性能的上漿碳纖維，應該具 有足夠的耐磨次數，在多次反復高強度不同狀況的摩擦條件下保持較低的斷絲起毛，滿足 多種類型復合材料制備工藝的要求。專利CN 101880967AXN 101845755A分別采用醋酸己 帰醋、聚氨醋對環(huán)氧樹脂進行改性，進一步制備碳纖維上漿劑乳液。送類上漿劑在主成分中 引入部分其他極性基團，但改性基團多是為改善環(huán)氧樹脂親水性而引入的親水性基團，且 比例不大，對提高碳纖維與樹脂基體間界面強度作用不大，也無法有效改善耐磨等工藝性 能。具有賦予上漿碳纖維較高耐磨性的碳纖維乳液上漿劑未見報道。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對上述的問題，本發(fā)明提供一種由芳香族聚醋多元醇、雙酪F環(huán)氧樹脂和非離 子表面活性劑等作為主成分的碳纖維用乳液上漿劑，W及相應的制備、使用方法。所述的碳 纖維用乳液上漿劑可改善上漿后碳纖維的耐磨性，其制備和使用過程無任何有機溶劑。
[0005] 具體而言，本發(fā)明提供了一種高耐磨性碳纖維用乳液上漿劑，包括主劑與去離子 水，主劑與去離子水質量比為（30:70)~巧0:50)，所述的主劑由W下組成：
[0006] 芳香族聚醋多元醇 55~75 wt% 雙酪F環(huán)氧樹脂 10~3 () wt% .非離子表麗活性窗J ll~15wl% 抗氧化劑 0 5~1.5 wt〇/〇 流平劑 0.5…1.5 wt%。
[0007] 優(yōu)選，所述的芳香族聚醋多元醇，可W用式（I)表示：
[0008]
[0009] 其中，Rm選自下列的一種或多種；含有1~12個碳原子的二價飽和或不飽和的脂 肪族基團、含有6~10個碳原子的二價芳香族基團；Ru選自下列的一種或多種；含有2~ 12個碳原子的二價飽和或不飽和的脂肪族基團、含有6~10個碳原子的二價芳香族基團， 且Rm和Ru不能同時為脂肪族基團。所述的芳香族聚醋多元醇可W為飽和/不飽和脂肪族 二元酸或其衍生物，芳香族二元酸或其衍生物與飽和/不飽和脂肪族二元醇或其衍生物， 芳香族二元醇或其衍生物制得。本發(fā)明對芳香族聚醋多元醇的制備方法沒有特別的限制。
[0010] 更優(yōu)選，所述芳香族聚醋多元醇，選自聚對苯二甲酸己二醇醋、聚鄰苯二甲酸己二 醇醋、聚間苯二甲酸己二醇醋、聚對苯二甲酸丙二醇醋、聚鄰苯二甲酸丙二醇醋、聚對苯二 甲酸了二醇醋、聚鄰苯二甲酸了二醇醋。最優(yōu)選，所述芳香族聚醋多元醇，選自聚對苯二甲 酸己二醇醋、聚鄰苯二甲酸己二醇醋、聚對苯二甲酸了二醇醋。
[0011] 更優(yōu)選，所述的芳香族聚醋多元醇，可W為上述聚醋多元醇的一種或幾種的混合 物。
[0012] 優(yōu)選，所述芳香族聚醋多元醇的聚合度n范圍為1~25,優(yōu)選為4~14。
[0013] 優(yōu)選，所述聚醋多元醇的酸值，小于等于5mg KOH/g。
[0014] 優(yōu)選，所述雙酪F環(huán)氧樹脂分子量范圍為250~3500,更優(yōu)選為300~2000。
[0015] 優(yōu)選，所述雙酪 F 環(huán)氧樹脂為 YDF-170、YDF-175S、YDF-2001、YDF-2004、 YDF-8170(日本東都化成公司）中一種或多種。優(yōu)選，所述雙酪F環(huán)氧樹脂為YDF-175S、 YDF-200UYDF-2004 中一種或多種。
[0016] 所述非離子表面活性劑，選自脂肪醇聚氧己帰離、烷基苯酪聚氧己帰離、聚氧化己 帰脂肪酸氨基離，優(yōu)選脂肪醇聚氧己帰離，其疏水性脂肪醇部分為Cll~C18的碳鏈；聚氧 己帰基的聚合度為15~25。
[0017] 優(yōu)選，所述的抗氧化劑為2, 6-二叔了基對甲酪。
[0018] 優(yōu)選，所述的流平劑為聚離改性聚娃氧焼BNK-LK380。
[0019] 優(yōu)選，所述去離子水的抑值為6. 0~8. 0,電阻為大于1兆歐姆；更優(yōu)選去離子水 的抑值為6. 5~7. 5,電阻為大于10兆歐姆。
[0020] 需要強調的是，本發(fā)明的雙酪F環(huán)氧樹脂、非離子表面活性劑、流平劑中涉及一些 公司的具體型號的產品，但是并不表示本發(fā)明中的組分限定于送些具體型號的產品，與上 述特定型號產品性能相當的其他廠商的產品也在本發(fā)明的保護范圍內。
[0021] 本發(fā)明還提供的一種高耐磨性碳纖維用乳液上漿劑的制備方法，包括：
[0022] (1)將芳香族聚醋多元醇、雙酪F環(huán)氧樹脂、抗氧化劑加入反應容器中，在55~ Iicrc下攬拌至組分完全分散，配置預混液；
[0023] (2)將非離子表面活性劑、流平劑加入上述預混液中，攬拌10~50min，逐漸降低 體系溫度至50~90°C ;
[0024] (3)向上述混合物中逐步滴加去離子水并持續(xù)攬拌，制得碳纖維用乳液上漿劑。
[002引優(yōu)選，步驟（1)中混合溫度控制在60~IOOC。
[002引優(yōu)選，步驟（1)中預混液攬拌時間為10~lOOmin，優(yōu)選30~50min。
[0027] 優(yōu)選，步驟似中混合攬拌時間為15~30min。
[0028] 步驟（3)得到的上漿劑乳液固含量為30~50wt %，乳液平均粒徑為100~350nm， 抑值為6.0~8.0。
[0029] 本發(fā)明中對步驟（3)滴加去離子水的具體方式和攬拌時間沒有特別的限制，可采 用持續(xù)滴加、分段滴加、間隔滴加等方式。
[0030] 很顯然，本發(fā)明所提供的制備方法中，所述攬拌速度、攬拌溫度和攬拌時間僅對上 漿劑制備時間有影響，對所制備的上漿劑性能無影響。
[0031] 本發(fā)明還提供了一種高耐磨性碳纖維用乳液上漿劑的制備方法，包括：
[003引 （a)制備稀釋液；將上述上漿劑加入到去離子水中，邊加邊攬拌，直至乳液分散均 勻無氣泡產生；
[0033] 化）碳纖維上漿；在張力作用下，將未上漿的碳纖維束通過裝有上述稀釋液的浸 潰槽，上漿后的碳纖維束烘干后卷繞在滾筒上。
[0034] 優(yōu)選，步驟（a)中所述上漿劑稀釋液中主劑的濃度為0. 5~3. Swt %。
[0035] 優(yōu)選，步驟化）中所述未上漿碳纖維束由T300~TlOOO級3K~12K未上漿碳纖 維組成。
[0036] 優(yōu)選，步驟化）中所述未上漿碳纖維束在浸潰槽中浸潰時間為10~50s，更優(yōu)選為 15 ~30s。
[0037] 優(yōu)選，步驟（b)中上漿后的碳纖維束烘干方式為熱風烘干，溫度為100~17(TC，更 優(yōu)選120~16(TC ;干燥時間1~5分鐘，更優(yōu)選1. 5~3分鐘。
[0038] 優(yōu)選，步驟化）中所述未上漿碳纖維束的張力為100~lOOOcN，更優(yōu)選為200~ SOOcNo
[0039] 優(yōu)選，步驟化）中碳纖維上漿量控制在0. 2~5. Owt %。
[0040] 優(yōu)選，步驟化）中所制得的上漿碳纖維耐磨次數5000~6500次。
[0041] 很顯然，本發(fā)明只是提供了所述的碳纖維用乳液上漿劑的使用方法中的一種，其 中主劑濃度、浸潰時間、烘干溫度及時間、纖維張力等工藝參數對所制備的上漿碳纖維性能 無影響。
[004引有益效果
[0043] 1.經本上漿劑上漿后的碳纖維耐磨性高，可降低織造過程中產生的起毛和斷絲， 提高生產效率和效益。
[0044] 2.經本上漿劑上漿后的碳纖維能被基體樹脂充分潤濕，有效的傳遞所負載的應 力，制備較高性能的預成型體及復合材料成品。
【具體實施方式】
[0045]