一种乳液型碳纤维上浆剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种乳液型碳纤维上浆剂，由功能硬单体、丙烯酰胺和长碳侧链丙烯酸酯在引发剂的作用下进行聚合反应制备得到；所述功能硬单体为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或丙烯腈。上述功能硬单体的加入能提高乳液胶膜的强度，丙烯酰胺能提高乳液胶膜对碳纤维表面的粘附性能。长碳链丙烯酸酯能提供长碳侧链，提高纤维与热塑性树脂基体的相容性。最终制备得到的碳纤维上浆剂具有较低的固含量和较高的硬度。

A emulsion sizing agent for carbon fiber and its preparation method

The invention provides an emulsion type sizing agent for carbon fiber, the function of the hard monomer, acrylamide and long side chain carbon acrylate under the function of the initiator of polymerization for preparation; the function of hard monomer methyl methacrylate, styrene, methyl methacrylate, methyl acrylate, ethyl acrylate and acrylonitrile. The addition of the above functional hard monomers can improve the strength of the latex film, and the acrylamide can improve the adhesion of the latex film to the surface of carbon fiber. Long carbon chain acrylate can provide long carbon side chain and improve the compatibility between the fiber and the thermoplastic resin matrix. The final prepared carbon fiber sizing agent has lower solid content and higher hardness.

【技术实现步骤摘要】
一种乳液型碳纤维上浆剂及其制备方法
本专利技术涉及碳纤维复合材料
，尤其涉及一种乳液型碳纤维上浆剂及其制备方法。
技术介绍
碳纤维是一种高比模量、高比强度、密度低、耐高温、热膨胀系数小的优异材料，被广泛应用于航天航空、汽车等高端领域。但是碳纤维在生产加工过程中会受到一定的磨损、起毛、破坏，从而降低其力学性能，这大大影响了碳纤维的应用。涂层上浆处理不但能够提高碳纤维的集束性，保护碳纤维，还能很好的改善碳纤维复合材料的界面性能，如中国专利CN201610264018.1提及到采用双亲改性纳米片层二硒化钼助剂的上浆剂，提高碳纤维在加工过程中的耐磨性与润滑性。但上述方法中加入大量小分子的硅油与分散剂，不利于碳纤维与塑料基体间的粘合。目前，开发一种改善相容性及碳纤维加工性能的高分子上浆剂是一个亟待解决的问题。丙烯酸酯共聚物原料来源广泛，具有良好的粘附性能及成膜性能，中国专利CN201410509042.8提及到采用乳液聚合的方法制备一种具有核壳结构的丙烯酸酯乳液作为防水涂料。但上述方法制备的乳液固含量低，胶膜硬度低，未能起到对碳纤维的保护作用。基于以上，开发一种高固含量丙烯酸酯乳液型碳纤维上浆剂，能在碳纤维表面形成一定强度的保护膜的同时，改善热塑性基体复合材料的界面性能，满足材料力学性能已成为发展的重要方向。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种乳液型碳纤维上浆剂及其制备方法，具体涉及一种丙烯酸酯基乳液型碳纤维上浆剂及其制备方法，制备的上浆剂具有较低的固含量，较高的硬度。为解决以上技术问题，本专利技术提供了一种乳液型碳纤维上浆剂，由功能硬单体、丙烯酰胺和长碳侧链丙烯酸酯在引发剂的作用下进行聚合反应制备得到；所述功能硬单体为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或丙烯腈。所述功能硬单体、丙烯酰胺和长碳侧链丙烯酸酯的质量比优选为(10～70)：(1～5)：(15～40)。所述丙烯酰胺优选为N-羟乙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺或N，N’-亚甲基双丙烯酰胺。所述长碳侧链丙烯酸酯优选为甲基丙烯酸己酯，甲基丙烯酸庚酯，甲基丙烯酸辛酯，甲基丙烯酸壬酯，甲基丙烯酸癸酯，甲基丙烯酸正十二烷基酯，甲基丙烯酸正十八烷基酯，丙烯酸异冰片酯或甲基丙烯酸异冰片酯。所述引发剂优选为过硫酸胺，过硫酸钾或过氧化氢对孟烷。所述乳液型碳纤维上浆剂中的乳化剂优选为吐温T-20、吐温T-40、吐温T-60、吐温T-80、吐温T-85、司盘S-20、司盘S-40、司盘S-60、司盘S-80中的一种或两种以上的混合物。本专利技术提供了上述乳液型碳纤维上浆剂的制备方法，包括以下步骤：A)将部分乳化剂、功能硬单体、丙烯酰胺和长碳侧链丙烯酸酯在水中分散搅拌，得到预乳液；B)将剩余乳化剂和部分引发剂在水中混匀，升温到70～100℃时，分别滴加预乳液和剩余引发剂，进行聚合反应，得到乳液型碳纤维上浆剂。优选的，所述分散搅拌具体为：a)先进行初步分散搅拌，搅拌速度为50～500rpm，搅拌时间为10～30min；b)然后使用高速剪切分散乳化机搅拌，搅拌速度为8000～20000rpm，得到稳定预乳液。采用高速预乳化能细化乳液粒径，集中粒径分布，使乳液在高固含量下也能稳定储存，从而使上浆剂能够在碳纤维表面更好的铺展成膜，极大提高了碳纤维的加工性能。所述步骤A)的温度可以为室温或加热条件。所述加热的温度优选为25～50℃。所述功能硬单体、丙烯酰胺、长碳侧链丙烯酸酯、引发剂和非离子型乳化剂的质量比优选为(10～70)：(1～5)：(15:～40)：(0.1～5)：(0.1～5)。所述步骤B)中，预乳液的滴加时间优选为3～6h，剩余引发剂的滴加时间优选为4～8h。所述步骤B)反应的时间优选为0.5～3h。所述反应优选在惰性气体的保护下进行。所述惰性气体优选为氮气。与现有技术相比，本专利技术提供了一种乳液型碳纤维上浆剂，由功能硬单体、丙烯酰胺和长碳侧链丙烯酸酯在引发剂的作用下进行聚合反应制备得到；所述功能硬单体为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或丙烯腈。上述功能硬单体的加入能提高乳液胶膜的强度，丙烯酰胺能提高乳液胶膜对碳纤维表面的粘附性能。长碳链丙烯酸酯能提供长碳侧链，提高纤维与热塑性树脂基体的相容性。最终制备得到的碳纤维上浆剂具有较低的固含量和较高的硬度。附图说明图1为本专利技术实施例2制备的乳液型碳纤维上浆剂的粒径分布图。具体实施方式为了进一步说明本专利技术，下面结合实施例对本专利技术提供的乳液型碳纤维上浆剂及其制备方法进行详细描述。实施例1乳液组成按重量百分比为：吐温T-200.1％，过硫酸胺0.1％，甲基丙烯酸甲酯70％，N-羟乙基丙烯酰胺1.8％，甲基丙烯酸十二酯28％(1)预乳液的制备室温或加热条件下，将一半乳化剂、去离子水及上述反应单体初步分散搅拌，搅拌速度为50rpm，时间10min。进一步使用高速剪切分散乳化机搅拌，搅拌速度为8000rpm，得到稳定反应预乳液。(2)聚合反应将剩余乳化剂和一部分引发剂加入到反应介质水中，在氮气氛保护的反应容器中充分搅拌并升温到70℃，待达到反应温度后，将预乳液与剩余引发剂滴加进反应釜，预乳液滴加3h，引发剂滴加4小时。滴加完后继续恒温反应0.5，保温完后终止反应。实施例2乳液组成按重量百分比为：吐温T-801.5％，过硫酸胺1.5％，甲基丙烯酸甲酯69％，N-羟乙基丙烯酰胺1％，甲基丙烯酸异冰片酯27％(1)预乳液的制备室温或加热条件下，将一半乳化剂、去离子水及上述反应单体初步分散搅拌，搅拌速度为100rpm，时间15min。进一步使用高速剪切分散乳化机搅拌，搅拌速度为10000rpm，得到稳定反应预乳液。(2)聚合反应将剩余乳化剂和一部分引发剂加入到反应介质水中，在氮气氛保护的反应容器中充分搅拌并升温到86℃，待达到反应温度后，将预乳液与剩余引发剂滴加进反应釜，预乳液滴加3.5h，引发剂滴加4小时。滴加完后继续恒温反应1，保温完后终止反应。对制备的上浆剂粒径分布进行检测，结果见图1。实施例3乳液组成按重量百分比为：司盘1.5％，过氧化氢对孟烷1.5％，甲基丙烯酸乙酯52％，N-羟甲基丙烯酰胺5％，甲基丙烯酸庚酯40％(1)预乳液的制备室温或加热条件下，将一半乳化剂、去离子水及上述反应单体初步分散搅拌，搅拌速度为200rpm，时间17min。进一步使用高速剪切分散乳化机搅拌，搅拌速度为12000rpm，得到稳定反应预乳液。(2)聚合反应将剩余乳化剂和一部分引发剂加入到反应介质水中，在氮气氛保护的反应容器中充分搅拌并升温到76℃，待达到反应温度后，将预乳液与剩余引发剂滴加进反应釜，预乳液滴加4h，引发剂滴加5小时。滴加完后继续恒温反应1.5h，保温完后终止反应。实施例4乳液组成按重量百分比为：司盘S-603％，过硫酸胺4％，苯乙烯62％，N-羟乙基丙烯酰胺1％，甲基丙烯酸正十二烷基酯30％(1)预乳液的制备室温或加热条件下，将一半乳化剂、去离子水及上述反应单体初步分散搅拌，搅拌速度为150rpm，时间20min。进一步使用高速剪切分散乳化机搅拌，搅拌速度为15000rpm，得到稳定反应预乳液。(2)聚合反应将剩余乳化剂和一部分引发剂加入到反应介质水中，在氮气氛保护的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种乳液型碳纤维上浆剂，其特征在于，由功能硬单体、丙烯酰胺和长碳侧链丙烯酸酯在引发剂的作用下进行聚合反应制备得到；所述功能硬单体为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或丙烯腈。

【技术特征摘要】
1.一种乳液型碳纤维上浆剂，其特征在于，由功能硬单体、丙烯酰胺和长碳侧链丙烯酸酯在引发剂的作用下进行聚合反应制备得到；所述功能硬单体为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或丙烯腈。2.根据权利要求1所述的乳液型碳纤维上浆剂，其特征在于，所述功能硬单体、丙烯酰胺和长碳侧链丙烯酸酯的质量比为(10～70)：(1～5)：(15～40)。3.根据权利要求1所述的乳液型碳纤维上浆剂，其特征在于，所述丙烯酰胺为N-羟乙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺或N，N’-亚甲基双丙烯酰胺。4.根据权利要求1所述的乳液型碳纤维上浆剂，其特征在于，所述长碳侧链丙烯酸酯为甲基丙烯酸己酯，甲基丙烯酸庚酯，甲基丙烯酸辛酯，甲基丙烯酸壬酯，甲基丙烯酸癸酯，甲基丙烯酸正十二烷基酯，甲基丙烯酸正十八烷基酯，丙烯酸异冰片酯或甲基丙烯酸异冰片酯。5.根据权利要求1所述的乳液型碳纤维上浆剂，其特征在于，所述引发剂为过硫酸胺，过硫酸钾或过氧化氢对孟烷。6.根据权利要求1所述的乳液型碳纤维上浆剂，其特征在于，所述乳液型碳纤维上浆剂中的乳化剂为吐温T-20、吐温T-40、吐温T...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗元聪，张笑晴，雷彩红，徐睿杰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44