一种上浆剂及其制备方法、碳纤维和复合材料与流程

本申请涉及碳纤维上浆剂，具体而言，涉及一种上浆剂及其制备方法、碳纤维和复合材料。

背景技术：

1、上浆剂在碳纤维的生产及加工过程中起到了重要作用，其既可以保护纤维表面，又可以在碳纤维与基体树脂之间引入适当的界面层，使基体树脂与纤维较好地结合，提高碳纤维和基体树脂形成的复合材料的界面性能。

2、但是，现有的上浆剂处理后的碳纤维的柔韧性较低、耐热性较差，且在湿热环境中，碳纤维与基体树脂形成的复合材料的界面结合力会变弱，导致复合材料在湿热环境中的力学性能受到影响。

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、碳纤维和复合材料，其旨在改善现有的上浆剂处理后的碳纤维的柔韧性较低、耐热性较差以及湿热环境中碳纤维与基体树脂形成的复合材料的界面结合力会变弱的技术问题。

2、第一方面，本申请提供了一种上浆剂，上浆剂为乳液状，上浆剂包括主浆料以及水；主浆料按重量份数计包括如下组分：端环氧聚醚硅油20～50份、环氧树脂25～55份、乳化剂10～30份以及平滑剂5～25份。

3、本申请通过在上浆剂中加入端环氧聚醚硅油，不仅可以提高上浆剂处理后的碳纤维的柔韧性、耐热性和耐水性，还可以提高湿热环境中碳纤维与基体树脂形成的复合材料的界面结合强度；且在上浆剂中加入端环氧聚醚硅油后，上浆剂处理后的碳纤维具有较好的开纤性。

4、结合第一方面，在本申请可选的实施方式中，端环氧聚醚硅油包括iota-eo9000、iota-eo11000、iota-14000、iota-esm31、iota-esm32、cheersil 8210-2200、cheersil8210-1800、sr-pex9以及sr-pex12中的至少一种。

5、在上述技术方案中，端环氧聚醚硅油选用上述物质，不仅可以提高上浆剂处理后的碳纤维的柔韧性、耐热性和耐水性，还可以提高湿热环境中碳纤维与基体树脂形成的复合材料的界面结合强度。

6、结合第一方面，在本申请可选的实施方式中，乳化剂包括水性环氧树脂乳化剂。

7、在上述技术方案中，选用水性环氧树脂乳化剂不仅可以使得上浆剂乳化体系较为稳定，还能够进一步提高上浆剂处理后的碳纤维与基体树脂之间的结合力。

8、可选地，水性环氧树脂乳化剂的分子结构中含有聚醚链段。

9、可选地，水性环氧树脂乳化剂的亲水亲油平衡值为18～24。

10、结合第一方面，在本申请可选的实施方式中，环氧树脂包括e44型环氧树脂、e51型环氧树脂、e20型环氧树脂、e12型环氧树脂、f44型环氧树脂、f51型环氧树脂以及f48型环氧树脂中的至少一种。

11、结合第一方面，在本申请可选的实施方式中，平滑剂包括聚乙二醇单月桂酸酯、聚乙二醇单庚酸酯、聚乙二醇单辛酸酯、聚乙二醇单壬酸酯、聚乙二醇二月硅酸酯、聚乙二醇单十五酸酯、聚乙二醇单十四烷酸酯、聚乙二醇二辛酸酯、聚乙二醇单棕榈酸酯、聚乙二醇单亚油酸酯、聚乙二醇单油酸酯以及聚乙二醇二油酸酯中的至少一种。

12、在上述技术方案中，平滑剂选用上述物质，不仅可以减少上浆剂处理后的碳纤维表面的摩擦力，使得制备复合材料时碳纤维可以在基体树脂中良好分散并充分浸润，进而有利于进一步提高上浆剂处理后的碳纤维与基体树脂之间的结合力。

13、结合第一方面，在本申请可选的实施方式中，主浆料按重量份数计还包括添加剂5～20份；添加剂包括三乙基胺、三正丙基胺、三异丙基胺、n,n-二甲基苄基胺、n,n-二乙基苄基胺、n,n’-二丙基苄基胺、三苯基胺、三(甲基苯基)胺、三(乙基苯基)胺、甲基吡啶以及异喹啉中的至少一种。

14、在上述技术方案中，当碳纤维具有羧基以及羟基等含氧官能团时，主浆料中选用上述物质作为添加剂，上述添加剂可结合碳纤维中含氧官能团中的质子，并使得碳纤维中的含氧官能团转化为阴离子基团，碳纤维中的阴离子基团可与上浆剂中环氧树脂中的环氧基发生亲核反应，使得碳纤维与上浆剂之间牢固结合。

15、结合第一方面，在本申请可选的实施方式中，主浆料在上浆剂中的质量占比为40～60％。

16、第二方面，本申请提供了一种上述第一方面任一项提供的上浆剂的制备方法，该制备方法包括：将熔融态的主浆料与有机溶剂进行第一混合，得到油状体系；然后向油状体系中加入水并进行第二混合。

17、本申请提供的上浆剂的制备方法中采用端环氧聚醚硅油，不仅可以提高制得的上浆剂处理后的碳纤维的柔韧性、耐热性和耐水性，还可以提高湿热环境中碳纤维与基体树脂形成的复合材料的界面结合强度；且在上浆剂的制备过程中加入端环氧聚醚硅油后，制得的上浆剂处理后的碳纤维具有较好的开纤性。

18、可选地，有机溶剂包括醇醚类溶剂。

19、可选地，醇醚类溶剂包括丙二醇甲醚以及二乙二醇甲醚中的至少一种。

20、第三方面，本申请提供了一种碳纤维，包括碳纤维基体以及位于碳纤维基体的表面的涂覆层；涂覆层包括第一方面任一项提供的上浆剂的干燥所得物。

21、本申请提供的碳纤维具有较好的柔韧性、耐热性和耐水性，且可以提高湿热环境中碳纤维与基体树脂形成的复合材料的界面结合强度。

22、第四方面，本申请提供了一种复合材料，包括基体树脂以及上述第三方面提供的碳纤维。

23、本申请提供的复合材料在湿热环境中碳纤维与基体树脂形成的复合材料的界面结合强度较高。

技术特征：

1.一种上浆剂，其特征在于，所述上浆剂为乳液状，所述上浆剂包括主浆料以及水；所述主浆料按重量份数计包括如下组分：

2.根据权利要求1所述的上浆剂，其特征在于，所述端环氧聚醚硅油包括iota-eo9000、iota-eo11000、iota-14000、iota-esm31、iota-esm32、cheersil 8210-2200、cheersil8210-1800、sr-pex9以及sr-pex12中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的上浆剂，其特征在于，所述乳化剂包括水性环氧树脂乳化剂；

4.根据权利要求1或2所述的上浆剂，其特征在于，所述环氧树脂包括e44型环氧树脂、e51型环氧树脂、e20型环氧树脂、e12型环氧树脂、f44型环氧树脂、f51型环氧树脂以及f48型环氧树脂中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的上浆剂，其特征在于，所述平滑剂包括聚乙二醇单月桂酸酯、聚乙二醇单庚酸酯、聚乙二醇单辛酸酯、聚乙二醇单壬酸酯、聚乙二醇二月硅酸酯、聚乙二醇单十五酸酯、聚乙二醇单十四烷酸酯、聚乙二醇二辛酸酯、聚乙二醇单棕榈酸酯、聚乙二醇单亚油酸酯、聚乙二醇单油酸酯以及聚乙二醇二油酸酯中的至少一种。

6.根据权利要求1或2所述的上浆剂，其特征在于，所述主浆料按重量份数计还包括添加剂5～20份；

7.根据权利要求1或2所述的上浆剂，其特征在于，所述主浆料在所述上浆剂中的质量占比为40～60％。

8.一种如权利要求1～7中任一项所述的上浆剂的制备方法，其特征在于，包括：将熔融态的所述主浆料与有机溶剂进行第一混合，得到油状体系；然后向所述油状体系中加入所述水并进行第二混合；

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的表面的涂覆层；所述涂覆层包括如权利要求1～7中任一项所述的上浆剂的干燥所得物。

10.一种复合材料，其特征在于，包括基体树脂以及如权利要求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、碳纤维和复合材料，属于碳纤维上浆剂技术领域。上浆剂为乳液状，上浆剂包括主浆料以及水；主浆料按重量份数计包括如下组分：端环氧聚醚硅油20～50份、环氧树脂25～55份、乳化剂10～30份以及平滑剂5～25份。本申请通过在上浆剂中加入端环氧聚醚硅油，不仅可以提高上浆剂处理后的碳纤维的柔韧性、耐热性和耐水性，还可以提高湿热环境中碳纤维与基体树脂形成的复合材料的界面结合强度；且在上浆剂中加入端环氧聚醚硅油后，上浆剂处理后的碳纤维具有较好的开纤性。技术研发人员：陈秋飞,李强,刘普根,曹智豪,张伟强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：2024/11/4