一种上浆剂及其制备方法、碳纤维以及复合材料与流程

本申请涉及碳纤维用上浆剂制造，具体而言，涉及一种上浆剂及其制备方法、碳纤维以及复合材料。

背景技术：

1、碳纤维增强树脂基复合材料具有较为优异的比强度以及比模量，且其还具有良好的可设计性能，广泛应用于体育休闲、压力容器以及航空航天等领域。但是，碳纤维属于脆性材质，生产制造过程中，机械摩擦容易导致碳纤维出现单丝断裂和起毛等现象。

2、研究表明，对碳纤维进行上浆处理可以有效保护碳纤维，降低毛丝和断丝的发生率，同时，经上浆处理，碳纤维表面形成了一层树脂过渡层，增加了碳纤维的表面活性，可以有效提高碳纤维与树脂基体的界面结合强度。

3、目前，上浆剂主要以e51、e44等缩水甘油醚型环氧树脂为主，该类上浆剂对应的碳纤维与环氧树脂基体有较高的界面结合强度，但是，相应的碳纤维增强树脂基复合材料却存在耐湿热稳定性欠佳的问题，进而导致环氧树脂类上浆剂的推广和应用受到影响。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种上浆剂及其制备方法、碳纤维以及复合材料，相应的碳纤维与树脂基体之间具有较高的界面结合强度，同时，对应的复合材料具有较为优异的耐湿热稳定性。

2、本申请的实施例是这样实现的：

3、第一方面，本申请实施例提供一种上浆剂，按照质量份数计，包括环氧树脂预聚体10～30份、有机硅改性环氧树脂20～40份以及水50～60份。

4、上述技术方案中，上浆剂中含有有机硅改性环氧树脂，其中，有机硅的主链是由硅原子和氧原子相互交替组成的稳定骨架结构，具有低表面能、高疏水性、高热稳定性、低温柔韧性、耐氧化性、耐候性好以及优良的电绝缘性等诸多优异性能，通过在环氧树脂中引入有机硅，以使得相应的复合材料具有较为优异的耐湿热稳定性，同时，碳纤维与树脂基体之间还兼具较高的界面结合强度。特别地，上浆剂中还包括环氧树脂预聚体，由于其具有自乳化特性，能够辅助有机硅改性环氧树脂取得较好的乳化效果，且相较于直接采用乳化剂辅助有机硅改性环氧树脂进行乳化，其在辅助乳化的同时基本不会影响有机硅主链的耐湿热稳定性，以使得相应的复合材料具有更为优异的耐湿热稳定性。

5、在一些可选的实施方案中，环氧树脂预聚体为水性环氧树脂预聚体。

6、上述技术方案中，采用特定类型的环氧树脂预聚体，有助于有机硅改性环氧树脂取得更好的乳化效果。

7、在一些可选的实施方案中，水性环氧树脂预聚体包括醚化反应型改性环氧树脂和接枝反应型离子基改性环氧树脂中的至少一种。

8、上述技术方案中，上述两种特定体系的水性环氧树脂预聚体兼具理化性能较为优异以及可适用范围较广等优势。

9、在一些可选的实施方案中，醚化反应型改性环氧树脂包括聚氧化乙烯改性环氧树脂和聚氧丙烯改性环氧树脂中的至少一种，和/或，接枝反应型离子基改性环氧树脂包括丙烯酸接枝改性环氧树脂和马来酸酐接枝改性环氧树脂中的至少一种。

10、上述技术方案中，醚化反应型改性环氧树脂以及接枝反应型离子基改性环氧树脂各自均具有较多的可适用种类，能够提供更多的可实施方案，从而便于对本申请的技术方案进行推广和应用。

11、在一些可选的实施方案中，有机硅改性环氧树脂为环氧基封端的有机硅氧烷。

12、上述技术方案中，采用特定类型的有机硅改性环氧树脂，能够较好地与环氧树脂预聚体进行复配，以形成稳定性较高的上浆剂乳液；此外，该特定类型的有机硅改性环氧树脂还有助于提高上浆后的碳纤维与树脂基体之间的界面结合强度。

13、在一些可选的实施方案中，环氧基封端的有机硅氧烷包括端环氧基聚二甲基硅氧烷和端环氧基聚甲基苯基硅氧烷中的至少一种。

14、上述技术方案中，环氧基封端的有机硅氧烷具有较多的可适用种类，能够提供更多的可实施方案，从而便于对本申请的技术方案进行推广和应用。

15、第二方面，本申请实施例提供一种如第一方面实施例提供的上浆剂的制备方法，包括以下步骤：

16、将环氧树脂预聚体和有机硅改性环氧树脂混合，得到混合溶液；向混合溶液中加入水并搅拌混合，得到上浆剂。

17、按照上述特定制备工艺，制备得到的上浆剂不仅能够提升相应复合材料的耐湿热稳定性，同时，碳纤维与树脂基体之间还兼具较高的界面结合强度；此外，制备工艺自身还存在工艺简单、无有机溶剂、安全环保以及制造成本较低等优势。

18、在一些可选的实施方案中，向混合溶液中加入水并搅拌混合的步骤包括：向混合溶液中加入水并在2000～3000r/min下搅拌3～5min。

19、上述技术方案中，将搅拌混合过程中的转速以及时间分别限定在特定范围内，有利于混合体系在适当条件下充分乳化，同时，还能使得形成的上浆剂乳液具有适宜的粒径，以使得上浆剂具有较高的稳定性。

20、第三方面，本申请实施例提供一种碳纤维，包括碳纤维基体以及位于碳纤维基体表面的涂覆层，涂覆层由如第一方面实施例提供的上浆剂干燥而成。

21、上述技术方案中，碳纤维中的涂覆层由第一方面实施例提供的上浆剂干燥而成，以使得碳纤维与树脂基体结合后的复合材料具有较高的界面结合强度，同时，碳纤维与树脂基体之间还兼具较为优异的耐湿热稳定性。

22、第四方面，本申请实施例提供一种复合材料，复合材料的制备原料包括环氧树脂基体以及如第三方面实施例提供的碳纤维。

23、上述技术方案中，复合材料的制备原料包括第三方面实施例提供的碳纤维，以使得复合材料具有较高的界面结合强度，同时，碳纤维与树脂基体之间还兼具较为优异的耐湿热稳定性。

技术特征：

1.一种上浆剂，其特征在于，按照质量份数计，包括环氧树脂预聚体10～30份、有机硅改性环氧树脂20～40份以及水50～60份。

2.根据权利要求1所述的上浆剂，其特征在于，所述环氧树脂预聚体为水性环氧树脂预聚体。

3.根据权利要求2所述的上浆剂，其特征在于，所述水性环氧树脂预聚体包括醚化反应型改性环氧树脂和接枝反应型离子基改性环氧树脂中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的上浆剂，其特征在于，所述醚化反应型改性环氧树脂包括聚氧化乙烯改性环氧树脂和聚氧丙烯改性环氧树脂中的至少一种，和/或，所述接枝反应型离子基改性环氧树脂包括丙烯酸接枝改性环氧树脂和马来酸酐接枝改性环氧树脂中的至少一种。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的上浆剂，其特征在于，所述有机硅改性环氧树脂为环氧基封端的有机硅氧烷。

6.根据权利要求5所述的上浆剂，其特征在于，所述环氧基封端的有机硅氧烷包括端环氧基聚二甲基硅氧烷和端环氧基聚甲基苯基硅氧烷中的至少一种。

7.一种如权利要求1～6中任一项所述的上浆剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述向所述混合溶液中加入所述水并搅拌混合的步骤包括：

9.一种碳纤维，其特征在于，包括碳纤维基体以及位于所述碳纤维基体表面的涂覆层，所述涂覆层由如权利要求1～6中任一项所述的上浆剂干燥而成。

10.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料的制备原料包括环氧树脂基体以及如权利要求9所述的碳纤维。

技术总结本申请提供一种上浆剂及其制备方法、碳纤维以及复合材料，属于碳纤维用上浆剂制造技术领域。上浆剂按照质量份数计，包括环氧树脂预聚体10～30份、有机硅改性环氧树脂20～40份以及水50～60份。该上浆剂相应的碳纤维与树脂基体之间具有较高的界面结合强度，同时，对应的复合材料具有较为优异的耐湿热稳定性。技术研发人员：凌杨,陈厚振,郝小云受保护的技术使用者：中复神鹰碳纤维股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/16