一种环保自乳化型环氧乙烯基碳纤维上浆剂的制备方法

本发明涉及碳纤维材料合成，具体涉及到一种环保自乳化型环氧乙烯基碳纤维上浆剂的制备方法。

背景技术：

1、碳纤维凭借其质量轻、强度高、耐腐蚀、化学稳定性好等特点，在航空航天、轨道交通、船舶、汽车、风力发电、体育用品等领域具有广泛的应用。但是无浆碳纤维与基体树脂的相容性较差，不能较好的提高碳纤维增强复合材料的应用性能，上浆是碳纤维改性增强复合材料的一种重要手段，上浆后上浆剂不仅作为一种保护层，能较好的保护碳纤维，减少碳纤维的起毛与断丝，而且作为纤维与基体树脂的界面连接层，可以更好的与基体树脂进行浸润粘结，提高碳纤维复合材料的综合力学性能。

2、碳纤维复合材料中常用的树脂基体主要有环氧树脂、乙烯基树脂等，环氧树脂具有优异的耐热稳定性，是碳纤维增强复合材料常用的一种基体树脂；乙烯基树脂是通过不饱和羧酸与环氧树脂在苯乙烯中制备的一种热固性树脂，乙烯基树脂不仅具有环氧树脂突出的力学性能，还具有不饱和聚酯树脂良好的机械加工性能，同时具有优异的化学稳定性和良好的耐水性，是具有广泛应用前景的树脂之一。

3、因此，碳纤维要与不同类型的树脂结合制备复合材料，根据相似相溶的原理，不同树脂基体需选择相对应的上浆剂。但目前为使碳纤维能与环氧树脂或者乙烯基树脂之间均有较好的连接作用，未有同一款上浆剂可以同时满足不同类型基体树脂的应用性。

4、鉴于此，本发明制备一种同时适配于环氧树脂和乙烯基树脂的碳纤维上浆剂。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种能同时适配于环氧树脂与乙烯基树脂的碳纤维上浆剂制备方法，得到一种平均粒径较小、稀释稳定性良好的环保型水溶性聚合物溶液。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种环保自乳化型环氧乙烯基碳纤维上浆剂的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、将四口烧瓶至于油浴锅中，并往烧瓶中加入聚醚胺和异氰酸酯三聚体，加热，反应时间1-2h；

4、s2、加入环氧树脂，升温进行接枝聚合反应，反应时间为1-2h；

5、s3、加入含有碳碳双键的丙烯酸酯类化合物或者同时含有氨基羟基的烯丙基类化合物，继续升温进行接枝聚合反应，反应时间为1-2.5h；

6、s4、加入烯丙基聚醚化合物，进行接枝扩链反应，反应时间为1-2小时；

7、s5、加入封端的化合物聚氧乙烯醚类，进行封端终止聚合反应，反应时间为1-2h；反应结束后，降温，室温冷却，得到粘稠的高分子聚合物；

8、s6、将去离子水置于60℃水浴锅中预热1h，接着将其缓慢滴加至含有步骤s5高分子聚合物的高速分散机中进行相转变乳化，然后降温至室温，冷却过滤出料，获得环保自乳化型环氧乙烯基碳纤维上浆剂。

9、进一步的，步骤s1中的加热温度为40-50℃；所述步骤s2中的温度为60-70℃；所述步骤s3中的温度为80-95℃。

10、进一步的，步骤s1中的聚醚胺类化合物包括d230、d400、d1000、d2000、t5000中的一种或多种。

11、进一步的，步骤s1中的异氰酸酯三聚体包括hdi三聚体、mdi三聚体、hmdi三聚体、ipdi三聚体中的一种或多种。

12、进一步的，步骤s2中的环氧树脂包括双酚a型环氧树脂、氢化的双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂中的一种或多种。

13、进一步的，步骤s3中的含有碳碳双键的丙烯酸酯类化合物包括丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或多种。

14、进一步的，步骤s3中的含有氨基羟基的烯丙基类化合物包括氮羟甲基丙烯酰胺、4-氨基-2-丁烯-1-醇、1-氨基-3-丁烯-2-醇中的一种或多种。

15、进一步的，步骤s4中的烯丙基聚醚中烯丙基聚醚分子量包括700、800、900、1000、2000中的一种或多种。

16、进一步的，步骤s5中的聚氧乙烯醚类化合物包括脂肪醇聚氧乙烯醚、农药乳化剂、脂肪胺聚氧乙烯醚中的一种或多种，其中，脂肪醇聚氧乙烯醚包括moa-3、moa-4、moa-5等；农药乳化剂包括600#、600-1#、400#、403#等；脂肪胺聚氧乙烯醚包括ac-1801，ac-1802，ac-1810等。

17、进一步的，步骤s6中进行相转变乳化的原料由下列重量分原料组成，包括高分子聚合物30-60份，去离子水40-70份。

18、与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：

19、1、本申请制得的碳纤维上浆剂是环保型水溶性聚合物乳液，利于碳纤维上浆工艺操作；该上浆剂分子结构中同时含有环氧基团、氨基以及较多的碳碳双键，这些上浆剂中的环氧基团、氨基与环氧树脂复配，参与环氧树脂的固化反应，形成较强的连接，提高碳纤维增强环氧树脂的界面作用力。

20、2、另外上浆剂分子结构中的不饱和碳碳双键可以参与乙烯基树脂的固化反应，显著提高碳纤维与乙烯基树脂之间的界面作用力，实现界面层的强强化学连接，有利于提高碳纤维增强乙烯基复合材料的综合力学机械性能。

21、3、本申请制得的碳纤维上浆剂平均粒径较小，稳定性、成膜性较好，而且可同时适配于环氧树脂与乙烯基树脂。

技术特征：

1.一种环保自乳化型环氧乙烯基碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的环保自乳化型环氧乙烯基碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中的加热温度为40-50℃；所述步骤s2中的温度为60-70℃；所述步骤s3中的温度为80-95℃。

3.根据权利要求1所述的环保自乳化型环氧乙烯基碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中的聚醚胺类化合物包括d230、d400、d1000、d2000、t5000中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的环保自乳化型环氧乙烯基碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中的异氰酸酯三聚体包括hdi三聚体、mdi三聚体、hmdi三聚体、ipdi三聚体中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的环保自乳化型环氧乙烯基碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中的环氧树脂包括双酚a型环氧树脂、氢化的双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的环保自乳化型环氧乙烯基碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于：所述步骤s3中的含有碳碳双键的丙烯酸酯类化合物包括丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的环保自乳化型环氧乙烯基碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于：所述步骤s3中的含有氨基羟基的烯丙基类化合物包括氮羟甲基丙烯酰胺、4-氨基-2-丁烯-1-醇、1-氨基-3-丁烯-2-醇中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的环保自乳化型环氧乙烯基碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于：所述步骤s4中的烯丙基聚醚中烯丙基聚醚分子量包括700、800、900、1000、2000中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的环保自乳化型环氧乙烯基碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于：所述步骤s5中的聚氧乙烯醚类化合物包括脂肪醇聚氧乙烯醚、农药乳化剂、脂肪胺聚氧乙烯醚中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的环保自乳化型环氧乙烯基碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于：所述步骤s6中进行相转变乳化的原料由下列重量分原料组成，包括高分子聚合物30-60份，去离子水40-70份。

技术总结本发明涉及碳纤维材料合成技术领域，具体涉及到一种环保自乳化型环氧乙烯基碳纤维上浆剂的制备方法。本申请的环保自乳化型环氧乙烯基碳纤维上浆剂的制备方法，通过先制备出一种具有自乳化功能的高分子聚合物，接着将高分子聚合物加水自乳化制备出碳纤维上浆剂，该上浆剂分子结构中含有环氧基团、氨基以及较多的碳碳双键，这些基团与环氧树脂复配，参与环氧树脂的固化反应，形成较强的连接，提高碳纤维增强环氧树脂的界面作用力；同时该结构中的不饱和碳碳双键可以参与乙烯基树脂的固化反应，显著提高碳纤维与乙烯基树脂之间的界面作用力，实现界面层的强强化学连接，有利于提高碳纤维增强乙烯基复合材料的综合力学机械性能。技术研发人员：王国军,魏浩,吴喜娜,张松松,张智嘉,王强,马腾,王林,刘晓季受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6