一種低接觸角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，具體涉及一種低接觸角碳纖維用乳液上漿劑及其制 備和應用。
【背景技術】
[0002] 隨著航空航天及武器裝備領域性能要求的不斷提高，高性能碳纖維W其高比強 度、高比模量、耐高溫等優(yōu)異特性，提供了結構復合材料所需的輕質高強、耐腐蝕、耐久性等 核必性能。在碳纖維復合材料的成型過程中，上漿后碳纖維的各項性能指標對所制備復合 材料的性能及其穩(wěn)定性有重要影響，進而決定了復合材料的可應用范圍。
[0003] 碳纖維與基體樹脂的接觸角決定了制備復合材料的難易程度和界面結合能力的 強弱。碳纖維與基體樹脂的接觸角越小，制備復合材料時基體樹脂浸潤速度越快，使制備 工藝更簡便、快捷、經(jīng)濟且具有選擇性；同時碳纖維吸附樹脂能力更好，兩相界面間的結合 強度更高。一種具有優(yōu)良應用性能的上漿碳纖維，基體樹脂在其表面能夠迅速良好的浸潤 和鋪展，同時能夠與基體樹脂有產(chǎn)生牢固的粘結效果，具有較高的層間剪切強度。專利CN 102206919AXN102828416A分別公開了 W環(huán)氧樹脂為主成分，輔之W表面活性劑、各種其他 添加助劑（石墨帰、無機倭鹽）等組成的碳纖維用乳液型上漿劑，所制備的乳液上漿劑可W 改善上漿后碳纖維的集束性、擴幅性等工藝性能，但其中添加的多種助劑不利于上漿碳纖 維和復合材料基體樹脂的匹配性和相容性。

【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A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與基體樹脂的接觸角，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（35:65)~巧0:50)，所述的主劑由W下組成：
[0006] 芳香族聚醋多元醇 10~30 wt% 雙酪A環(huán)氧樹脂 55~75 wt%
[0007] 非離卡表面活性劑 ll~15wt% 挽氧化劑 0.5~1.5 wt% 流平劑 0.5~1.5 wt%。
[0008] 優(yōu)選，所述的芳香族聚醋多元醇，可W用式（I)表示：
[0009]
[0010] 其中，Ri4選自下列的一種或多種：含有I~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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 優(yōu)選，所述芳香族聚醋多元醇的聚合度n范圍為1~25,更優(yōu)選為4~12。
[0014] 優(yōu)選，所述聚醋多元醇的酸值，小于等于5mg KOH/g。
[0015] 優(yōu)選，所述雙酪A環(huán)氧樹脂分子量范圍為250~3500,更優(yōu)選300~1500。
[0016] 優(yōu)選，所述雙酪 A 環(huán)氧樹脂為 EPON 820、EPON 828、EPON 834、EPON 1001、EPON 1002、EP0N 1004(美國殼牌）中一種或多種。優(yōu)選，所述雙酪A環(huán)氧樹脂為EPON 834、EP0N 100UEP0N 1002中一種或多種。
[0017] 優(yōu)選，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。更優(yōu)選，所述非離子表面活性劑為脂肪醇聚氧己帰離，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。
[001引優(yōu)選，所述的抗氧化劑為2, 6-二叔了基對甲酪。
[0019] 優(yōu)選，所述的流平劑為聚離改性聚娃氧焼BNK-LK380。
[0020] 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。
[0021] 需要強調的是，本發(fā)明的雙酪A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(chǎn)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(chǎn)品，與上 述特定型號產(chǎn)品性能相當?shù)钠渌麖S商的產(chǎn)品也在本發(fā)明的保護范圍內。
[0022] 本發(fā)明還提供的一種低接觸角碳纖維用乳液上漿劑的制備方法，包括：
[0023] (1)將芳香族聚醋多元醇、雙酪A環(huán)氧樹脂、抗氧化劑加入反應容器中，在70~ 13(TC下攬拌至組分完全分散，配置預混液；
[0024] 似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50~9(TC ;
[00巧](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（I)中混合溫度控制在80~12(TC。
[0027] 優(yōu)選，步驟（1)中預混液攬拌時間為10~lOOmin，更優(yōu)選為30~50min。
[002引優(yōu)選，步驟似中混合攬拌時間為15~30min。
[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] 步驟（3)得到的上漿劑乳液固含量為35~50wt %，乳液平均粒徑為100~350nm， 抑值為6.0~8.0。
[0031] 很明顯，在本發(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。
[0032] 本發(fā)明還提供了一種低接觸角碳纖維用乳液上漿劑的使用方法，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(chǎn)生；
[0034] 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。
[003引優(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 %。
[0036] 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。
[0037] 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。
[0038] 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。
[0039] 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200~ SOOcNo
[0040] 優(yōu)選，步驟化）中碳纖維上漿量控制在0. 2~5. Owt %。
[0041] 優(yōu)選，步驟化）中所制得的上漿碳纖維與基體樹脂表面接觸角< 20°。
[0042] 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(shù)對所制備的上漿碳纖維性能 無影響。
[004引有益效果
[0044] 1.經(jīng)本上漿劑上漿后的碳纖維與基體樹脂的接觸角小，可提高基體樹脂浸潤速度 和吸附能力，所制備復合材料界面結合強度高。
[0045] 2.經(jīng)本上漿劑上漿后的碳纖維集束性、分搶性等工藝性能優(yōu)異，軟硬適中，易于退 繞，可滿足纖維后續(xù)加工要求。
【具體實施方式】
[0046] W下通過實施例對本發(fā)明進行具體說明，將有助于對本發(fā)明的理解，但并不限制 本發(fā)明的內容。
[0047] W下實施例中的原材料，如