【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及上浆剂，尤其涉及一种水性乳液型碳纤维上浆剂的制备方法。
技术介绍
1、碳纤维是一种具有高比模量，高比强度的先进功能材料，而且与传统材料相比，其具有强度高、密度小的特点，因此被广泛运用于体育器材、医疗器械、汽车船舶、航空航天等领域；但是碳纤维本质上还是属于一种脆性材料，在生产加工工程中会反复受到挤压、拉伸、摩擦等作用，这样难免会导致纤维断裂、毛丝量增加等问题；为了克服这一系列问题，就要对其进行上浆处理，这样可以增强碳纤维的可加工性，并改善碳纤维与树脂基体之间的结合力。
2、碳纤维用上浆剂一般分为溶剂型和乳液型，溶剂型上浆剂是将浆料主体分散在溶剂中制作而成，由于溶剂的易挥发性，这种上浆剂的上浆率不稳定，而且容易对生产设备，生产环境以及人的身体健康产生恶劣影响，目前市场上已经不再使用；而乳液型上浆剂是在乳化剂的帮助下，使得浆料主体分散于水中制作而成，这种上浆剂的粒径小，稳定性好，且上浆率稳定，是目前市场上主流的上浆剂类型。
3、根据碳纤维复合材料树脂基体的不同，上浆剂的种类也不同，目前市场上使用最多的是环氧树脂类复合材料，因此为了满足市场需求，开发一种水性环氧上浆剂是非常迫切的问题。
4、专利201910998300 .6 提供了一种水性乳液型上浆剂的制备方法，经过此上浆剂上浆后的碳纤维与热固性环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂及热塑性聚烯烃树脂等常用复合材料基体树脂均具备良好的界面结合力，通用性好，特别和酚醛树脂、聚烯烃树脂具有更突出的界面结合强度。
5、专利20191
6、公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种碳纤维用水性上浆剂的制备方法。该上浆剂采用有机不饱和酸酐和聚醚多元醇接枝改性环氧树脂，制备的上浆剂组分结构中含有羧基、羟基、环氧基、不饱和双键、醚键、酯键等多种功能型基团。上浆后的碳纤维与各种热固性环氧树脂具有良好的界面结合力，所制成的复合材料具有更加优异的力学性能。
2、为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种碳纤维用水性上浆剂的制备方法，包括如下操作步骤：
4、步骤一：将聚醚醇置于反应釜中，在80℃下真空除水至无气泡产生；保证后续反应产物的纯度。然后加入不饱和有机酸酐并采用溶剂一稀释，有利于反应物之间的充分接触和混合，从而提高反应效率和产物质量。在氮气保护气氛下升温至80~120℃搅拌反应5~8小时停止，得到接枝共聚物a；在氮气保护下进行反应可以排除空气中的氧气和水蒸气对反应的干扰。避免氧气与不饱和有机酸酐发生副反应，避免水蒸气对酯化反应的进行产生影响，确保反应的纯度和效率。
5、其中聚醚醇、不饱和有机酸酐和溶剂一的用量比例分别为7～12wt%，0.05～0.7wt%，2～4wt%；优选比例为8～10wt%，0.1～0.5wt%，2.4～3wt%。本专利技术通过不饱和有机酸酐的酸酐基团与聚醚醇中的羟基发生酯化反应，形成共聚物。同时确保不饱和酸酐作为“支链”嫁接到聚醚醇中；另外接枝的不饱和酸酐是为方便将聚醚醇含极性基团引入环氧上浆剂乳液中，为避免后续和过多的上浆剂乳液自反应，发生沉淀，因此酸酐类含量不宜过多，一般控制在0.5%范围内。同时结合酸酐的含量充分发生反应的聚醚醇含量优选在8~10%之间；过少接枝的亲水基团相对较少，影响后续的水乳液分散效果和存储时间；太多会造成多余的羟基会优先与环氧树脂反应，影响共聚效果。
6、步骤二：将步骤一得到的接枝共聚物a与环氧树脂混合并经过溶剂二稀释，加入催化剂，在氮气保护气氛下升温至100~130℃，搅拌4~6小时停止反应，得到共聚物b；接枝共聚物a、环氧树脂和溶剂二的用量比例分别为7～12wt%，0.2～3wt%，2～4wt%；优选比例为8.1～10.5wt%：0.4～2wt%，2.4～3wt%。 其中，共聚物a中酸酐部分与环氧树脂按照1：4发生固化反应，生成共聚物b，便于其后续与环氧树脂的混合。共聚物a的含量由步骤一制得，其中含有的酸酐含量在0.1~0.5%，因此该步骤环氧树脂比例在0.4~2%。
7、步骤三：将共聚物b与环氧树脂在60~70℃下熔融在一起，然后在搅拌剪切作用下逐渐往体系里滴加去离子水和助溶剂；以5000~8000r/min搅拌1~2个小时，最终得到水性上浆剂。聚合物b与环氧树脂的用量比分别为15～25wt%，75～85wt%；优选比例为18～20wt%，80～82wt%。该步骤主要是为使环氧树脂充分在去离子水中进行水乳化，形成水性上浆剂。为获得稳定的水乳液，本专利技术采用传统环氧树脂中接枝亲水基团进行水乳化，且优选极性基团含量在8~10%之间。共聚物b为通过上述含量的聚醚醇经过酸酐和环氧树脂共聚反应制得，因其固含比例在18~20%。
8、作为优选的，步骤一中，所述有机不饱和酸酐为邻苯二甲酸酐、苯甲酸酐、顺丁烯二酸酐、琥珀酸酐、丁二酸酐、乙酸酐或丙酸酐中的一种或多种组合。其中优选邻苯二甲酸酐和顺丁烯二酸酐中的一种或多种组合。邻苯二甲酸酐和顺丁烯二酸酐在空气中和水分中具有更高的稳定性，不容易水解分解，有助于确保反应过程的稳定性和产物质量的可靠性。
9、作为优选的，步骤一中，所述聚醚醇为聚酯多元醇、聚四氢呋喃二醇、聚氧化丙烯多元醇、聚乙二醇中的一种或多种组合，所述聚醚醇的分子量为2000~6000。其中优选聚酯多元醇和聚乙二醇中的一种或多种组合。聚醚醇分子中的羟基（-oh）与不饱和有机酸酐中的酸酐基团（-coocor）发生酯化反应。在整个反应过程中，聚醚醇的分子链会作为“主干”，而不饱和有机酸酐作为“支链”通过酯化反应接枝到主干上。使得接枝共聚物a具有更复杂的分子结构和更丰富的性能。选择分子量在2000~6000范围内的聚醚醇，既保证了聚醚醇分子具有足够的链长来形成有效的接枝结构，又避免了因分子量过大而导致的反应活性降低和产物性能下降的问题。
10、作为优选的，步骤一中，所述溶剂一为n-n二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯中的一种或多种组合。其中优选n-n二甲基甲酰胺和甲苯中的一种。在催化剂的作用下，羟基的氧原子攻击酸酐的羰基碳，形成一个四面体中间体。然后，消去一个醇分子（如由酸酐带来的甲醇或乙醇），形成酯键（-coo-），从而实现了聚醚醇与不饱和有机酸酐的接枝。dmf在此反应中作为溶剂使用，其极性有助于溶解聚醚醇和不饱和有机酸酐，使它们能够均匀混合。甲苯在此反应中作为溶剂使用，其非极性有助于创造一个有利于接枝共聚反应的环境。
11、作为优选的，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳纤维用水性上浆剂的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
2.根据权利要求1所述的碳纤维用水性上浆剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述有机不饱和酸酐为邻苯二甲酸酐、苯甲酸酐、顺丁烯二酸酐、琥珀酸酐、丁二酸酐、乙酸酐或丙酸酐中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的碳纤维用水性上浆剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述聚醚醇为聚酯多元醇、聚四氢呋喃二醇、聚氧化丙烯多元醇、聚乙二醇中的一种或多种组合，所述聚醚醇的分子量为2000~6000。
4.根据权利要求1所述的碳纤维用水性上浆剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述溶剂一为N-N二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的碳纤维用水性上浆剂的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述催化剂为过硫酸钾、三苯基膦、氢化钾、氢氧化钡或三氟化硼中的一种或多种组合。
6.根据权利要求1所述的碳纤维用水性上浆剂的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧
7.根据权利要求6所述的碳纤维用水性上浆剂的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂的平均聚合度为0~15。
8.根据权利要求1所述的碳纤维用水性上浆剂的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述溶剂二为乙醇、丙二醇甲醚、甲苯中的一种或多种组合。
9.根据权利要求1所述的碳纤维用水性上浆剂的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述助溶剂为丙二醇甲醚、异丙醇、乙酸乙酯、戊酸乙酯中的一种或多种组合。
...【技术特征摘要】
1.一种碳纤维用水性上浆剂的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
2.根据权利要求1所述的碳纤维用水性上浆剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述有机不饱和酸酐为邻苯二甲酸酐、苯甲酸酐、顺丁烯二酸酐、琥珀酸酐、丁二酸酐、乙酸酐或丙酸酐中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的碳纤维用水性上浆剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述聚醚醇为聚酯多元醇、聚四氢呋喃二醇、聚氧化丙烯多元醇、聚乙二醇中的一种或多种组合，所述聚醚醇的分子量为2000~6000。
4.根据权利要求1所述的碳纤维用水性上浆剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述溶剂一为n-n二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的碳纤维用水性上浆剂的制备方法，其特征在于，步骤二中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：谈昆伦，季小强，周培锐，韩中，耿波，张朝阳，
申请(专利权)人：常州市宏发纵横新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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