專利名稱：一種碳纖維用熱塑性上漿劑及其制備和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳纖維用溶劑型上漿劑及其制備和使用方法。
背景技術(shù)：
碳纖維作為最重要的增強(qiáng)材料之一，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于航空航天、體育休閑用品、土木建筑、電子產(chǎn)品、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。近年來航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料提出了適應(yīng)更高溫度的要求，而具有較高耐熱等級的高性能聚芳醚類熱塑性樹脂基復(fù)合材料因其疲勞性能好、抗沖擊性能好、韌性好、成型工藝性好和成型周期短以及可以重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。在生產(chǎn)及加工過程中，脆性很強(qiáng)的碳纖維經(jīng)機(jī)械摩擦容易產(chǎn)生毛絲及單絲斷裂等現(xiàn)象，影響碳纖維的性能。碳纖維表面的毛絲使樹脂基體不能充分潤濕碳纖維，使之制備的復(fù)合材料中存在孔隙，從而影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。因此，必須對碳纖維進(jìn)行上漿。上漿劑在碳纖維表面形成保護(hù)膜保護(hù)碳纖維表面、減少毛絲及單絲斷裂現(xiàn)象，使碳纖維易與集束，而且還可以改善碳纖維與樹脂基體的浸潤性，從而提高纖維與樹脂的結(jié)合強(qiáng)度。目前研制的碳纖維用上漿劑主要針對碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，如專利CN101736593A中公開了一種水性環(huán)氧樹脂乳液上漿劑的制備方法，該方法制備的上漿劑上漿后的碳纖維具有較好的集束性、光滑度、柔韌性，且能同時(shí)滿足纖維間絲條整體松散程度、開纖性、單根纖維間的交聯(lián)程度性能指標(biāo)。針對熱塑性樹脂基復(fù)合材料的碳纖維用上漿劑的研發(fā)很少，如專利CN 100999867A中公布了一種熱塑性聚酰亞胺樹脂和縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂混合的水性乳液上漿劑的制備和應(yīng)用方法，但是上漿過程中會(huì)加熱將溶解樹脂用的有機(jī)溶劑，污染環(huán)境，并且乳液制備過程復(fù)雜，成本相對較高。針對高性能聚芳醚類樹脂的碳纖維用上漿劑研究還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有的熱塑性上漿劑制備過程復(fù)雜、使用時(shí)污染環(huán)境的問題，而提供一種碳纖維用熱塑性上漿劑及其制備和使用方法。本發(fā)明碳纖維用熱塑性上漿劑由熱塑性樹脂、有機(jī)溶劑A和助劑制成；其中熱塑性樹脂和有機(jī)溶劑A組成主漿料，熱塑性樹脂的質(zhì)量為主漿料質(zhì)量的O. 05% 3%;助劑質(zhì)量為主漿料質(zhì)量的O. 05% 3%，所述熱塑性樹脂為聚芳醚類熱塑性樹脂。上述碳纖維用熱塑性上漿劑的制備方法按以下步驟進(jìn)行將熱塑性樹脂溶于有機(jī)溶劑A中組成主漿料，再加入助劑，攪拌后得到碳纖維用熱塑性上漿劑；其中熱塑性樹脂的質(zhì)量為主漿料質(zhì)量的O. 05% 3% ;助劑質(zhì)量為主漿料質(zhì)量的O. 05% 3%。上述碳纖維用熱塑性上漿劑的使用方法按以下步驟進(jìn)行將碳纖維在熱塑性上漿劑中浸潰I 15S，然后對上漿的碳纖維進(jìn)行刮膠處理，使吸附于碳纖維表面的上漿劑所形成的吸附層的厚度為O. 05 O. 3 μ m,之后將刮膠處理后的碳纖維在有機(jī)溶劑B中浸潰I 15s,最后將碳纖維烘干。
本發(fā)明所提供的上漿劑為溶劑型上漿劑，所用溶劑為常用有機(jī)溶劑，成本低、制備方法簡單、使用方便；將上漿后的碳纖維在有機(jī)溶劑B中浸潰后，將有機(jī)溶劑A溶解于有機(jī)溶劑B中，再將碳纖維烘干，有機(jī)溶劑A與有機(jī)溶劑B沸點(diǎn)相差很大，采用蒸餾法很容易回收有機(jī)溶劑A和有機(jī)溶劑B，本發(fā)明所提供的使用方法，不但能回收利用有機(jī)溶劑，降低成本，更能減少環(huán)境污染，綠色環(huán)保。本發(fā)明所提供的上漿劑本身還可承受較高的溫度，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高于267°C。用該上漿劑涂覆的碳纖維適用于與聚芳醚類耐高溫樹脂，如聚醚醚酮(PEEK)、含二氮雜萘聯(lián)苯聚芳醚酮(PPEK)、含二氮雜萘聯(lián)苯聚芳醚砜酮(PPESK)、聚醚酮(PEK)、聚醚砜(PES)、聚醚酮酮(PEKK)等復(fù)合制備復(fù)合材料。用該上漿劑涂覆的碳纖維與PPEK/NMP溶液的浸潤性提高(接觸角降低了 55% )，CF/PPEK復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度提高了 45%。本發(fā)明不僅可以提高碳纖維與聚芳醚類高性能熱塑性樹脂的浸潤性、提高碳纖維 /熱塑性聚芳醚類樹脂基復(fù)合材料的界面結(jié)合性能，而且還有具有成本低、性能穩(wěn)定、使用方便和不污染環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明制備的碳纖維用熱塑性上漿劑用于碳纖維材料的表面處理。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
之間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式碳纖維用熱塑性上漿劑由熱塑性樹脂、有機(jī)溶劑A和助劑制成；其中熱塑性樹脂和有機(jī)溶劑A組成主漿料，熱塑性樹脂的質(zhì)量為主漿料質(zhì)量的O. 05% 3%;助劑質(zhì)量為主漿料質(zhì)量的O. 05% 3%，所述熱塑性樹脂為聚芳醚類熱塑性樹脂。本實(shí)施方式所提供的上漿劑本身可承受較高的溫度，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高于267°C。用該上漿劑涂覆的碳纖維適用于與聚芳醚類耐高溫樹脂，如聚醚醚酮(PEEK)、含二氮雜萘聯(lián)苯聚芳醚酮(PPEK)、含二氮雜萘聯(lián)苯聚芳醚砜酮(PPESK)、聚醚酮(PEK)、聚醚砜(PES)、聚醚酮酮(PEKK)等復(fù)合制備復(fù)合材料。用該上漿劑涂覆的碳纖維與PPEK/NMP溶液的浸潤性提高(接觸角降低了 55% )，CF/PPEK復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度提高了 45%。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述聚芳醚類熱塑性樹脂為含二氮雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的聚芳醚酮樹脂(PPEK)、含二氮雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的聚芳醚砜樹脂(PPES)和含二氮雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的聚芳醚砜酮樹脂(PPESK)中的一種或者是幾種的組合。其它與具體實(shí)施方式
一相同。本實(shí)施方式中，當(dāng)所述聚芳醚類熱塑性樹脂為幾種的組合時(shí)，按任意比混合。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是所述有機(jī)溶劑A為氯仿、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、氮甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲基亞砜(DMSO)中的一種或幾種的組合。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。本實(shí)施方式中，當(dāng)所述有機(jī)溶劑A為幾種的組合時(shí)，按任意比混合。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是所述助劑為聚氧乙烯醚與聚氧丙烯醚的混合物、蓖麻油聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或仲辛醇聚氧乙烯醚。其它與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
當(dāng)助劑為聚氧乙烯醚與聚氧丙烯醚的混合物時(shí)，聚氧乙烯醚與聚氧丙烯醚按任意比混合。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式碳纖維用熱塑性上漿劑的制備方法按以下步驟進(jìn)行將熱塑性樹脂溶于有機(jī)溶劑A中組成主漿料，再加入助劑，攪拌后得到碳纖維用熱塑性上漿劑；其中熱塑性樹脂的質(zhì)量為主漿料質(zhì)量的O. 05% 3% ;助劑質(zhì)量為主漿料質(zhì)量的
O.05% 3%。本實(shí)施方式中，熱塑性樹脂優(yōu)選含二氮雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的聚芳醚酮樹脂(PPEK)、含二氮雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的聚芳醚砜樹脂(PPES)和含二氮雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的聚芳醚砜酮樹脂(PPESK)中的一種或者是幾種的組合。有機(jī)溶劑A優(yōu)選氯仿、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、氮甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲基亞砜(DMSO)中的一種或幾種的組合。 助劑優(yōu)選聚氧乙烯醚與聚氧丙烯醚的混合物、蓖麻油聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或仲辛醇聚氧乙烯醚。本實(shí)施方式所提供的上漿劑為溶劑型上漿劑，所用溶劑為常用有機(jī)溶劑，成本低、制備方法簡單、使用方便；所制備的上漿劑本身還可承受較高的溫度，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高于267°C。用該上漿劑涂覆的碳纖維適用于與聚芳醚類耐高溫樹脂，如聚醚醚酮(PEEK)、含二氮雜萘聯(lián)苯聚芳醚酮(PPEK)、含二氮雜萘聯(lián)苯聚芳醚砜酮(PPESK)、聚醚酮(PEK)、聚醚砜(PES)、聚醚酮酮(PEKK)等復(fù)合制備復(fù)合材料。用該上漿劑涂覆的碳纖維與PPEK/NMP溶液的浸潤性提高(接觸角降低了 55% )，CF/PPEK復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度提高了 45%。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
五不同的是攪拌是以500 2000rpm的轉(zhuǎn)速，機(jī)械攪拌5 30min。其它與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式碳纖維用熱塑性上漿劑的使用方法按以下步驟進(jìn)行將碳纖維在熱塑性上漿劑中浸潰I 15s，然后對上漿的碳纖維進(jìn)行刮膠處理，使吸附于碳纖維表面的上漿劑所形成的吸附層的厚度為O. 05 O. 3 μ m，之后將刮膠處理后的碳纖維在有機(jī)溶劑B中浸潰I 15s，最后將碳纖維烘干。本實(shí)施方式所提供的上漿劑為溶劑型上漿劑，所用溶劑為常用有機(jī)溶劑，成本低、制備方法簡單、使用方便；將上漿后的碳纖維在有機(jī)溶劑B中浸潰后，將有機(jī)溶劑A溶解于有機(jī)溶劑B中，再將碳纖維烘干，有機(jī)溶劑A與有機(jī)溶劑B沸點(diǎn)相差很大，采用蒸餾法很容易回收有機(jī)溶劑A和有機(jī)溶劑B，本發(fā)明所提供的使用方法，不但能回收利用有機(jī)溶劑，降低成本，更能減少環(huán)境污染，綠色環(huán)保。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七不同的是有機(jī)溶劑B為甲醇、乙醇或丙酮。其它與具體實(shí)施方式
七相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七或八不同的是將碳纖維在熱塑性上漿劑中浸潰I 5S，然后對上漿的碳纖維進(jìn)行刮膠處理，使吸附于碳纖維表面的上漿劑所形成的吸附層的厚度為O. 05 O. 2 μ m,之后將刮膠處理后的碳纖維在有機(jī)溶劑B中浸潰I 5s，最后將碳纖維烘干。其它與具體實(shí)施方式
七或八相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七至九之一不同的是將碳纖維烘干是在60°C 160°C溫度下干燥O. 5min 5min。其它與具體實(shí)施方式
七至九之一相同。采用以下實(shí)施例和對比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果
實(shí)施例一本實(shí)施例碳纖維用熱塑性上漿劑的制備方法按以下步驟進(jìn)行按質(zhì)量比將I份的PPEK樹脂溶于9份的二甲基乙酰胺中組成主漿料，再加入O. 05份脂肪醇聚氧乙烯醚，以IOOOrpm的速度，機(jī)械攪拌15min，使樹脂充分溶解于溶劑中，得到碳纖維用熱塑性上漿劑；將碳纖維在熱塑性上漿劑中浸潰5s，然后對上漿的碳纖維進(jìn)行刮膠處理，使吸附于碳纖維表面的上漿劑所形成的吸附層的厚度為O. I μ m，之后將刮膠處理后的碳纖維在乙醇中浸潰5s，最后將碳纖維在120°C下干燥lmin，完成碳纖維的上漿。本實(shí)施例所制備的上漿劑為溶劑型上漿劑，所用溶劑為常用有機(jī)溶劑，成本低、制備方法簡單、使用方便；將上漿后的碳纖維在乙醇中浸潰后，將二甲基乙酰胺溶解于乙醇中，再將碳纖維烘干，二甲基乙酰胺與乙醇沸點(diǎn)相差很大，采用蒸餾法很容易回收二甲基 乙酰胺和乙醇，本發(fā)明所提供的使用方法，不但能回收利用有機(jī)溶劑，降低成本，更能減少環(huán)境污染，綠色環(huán)保。與未經(jīng)過上漿處理的碳纖維相比，本實(shí)施例得到的上漿的碳纖維與PPEK/NMP溶液的浸潤性提高(接觸角降低了 55% )，CF/PPEK復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度提聞了 45 。
權(quán)利要求
1.ー種碳纖維用熱塑性上漿劑，其特征在于碳纖維用熱塑性上漿劑由熱塑性樹脂、有機(jī)溶劑A和助劑制成；其中熱塑性樹脂和有機(jī)溶劑A組成主漿料，熱塑性樹脂的質(zhì)量為主漿料質(zhì)量的O. 05% 3%;助劑質(zhì)量為主漿料質(zhì)量的O. 05% 3%，所述熱塑性樹脂為聚芳醚類熱塑性樹脂。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種碳纖維用熱塑性上漿劑，其特征在于所述聚芳醚類熱塑性樹脂為含ニ氮雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的聚芳醚酮樹脂、含ニ氮雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的聚芳醚砜樹脂和含ニ氮雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的聚芳醚砜酮樹脂中的ー種或者是幾種的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種碳纖維用熱塑性上漿劑，其特征在于所述有機(jī)溶劑A為氯仿、ニ甲基甲酰胺、ニ甲基こ酰胺、氮甲基吡咯烷酮和ニ甲基亞砜中的ー種或幾種的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種碳纖維用熱塑性上漿劑，其特征在于所述助劑為聚氧こ烯醚與聚氧丙烯醚的混合物、聚氧こ烯醚、蓖麻油聚氧こ烯醚、脂肪醇聚氧こ烯醚或仲辛醇聚氧こ烯醚。
5.制備權(quán)利要求I所述的ー種碳纖維用熱塑性上漿劑的方法，其特征在于碳纖維用熱塑性上漿劑的制備方法按以下步驟進(jìn)行將熱塑性樹脂溶于有機(jī)溶劑A中組成主漿料，再加入助劑，攪拌后得到碳纖維用熱塑性上漿劑；其中熱塑性樹脂的質(zhì)量為主漿料質(zhì)量的O.05% 3% ;助劑質(zhì)量為主漿料質(zhì)量的O. 05% 3%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種碳纖維用熱塑性上漿劑的制備方法，其特征在于攪拌是以500 2000rpm的轉(zhuǎn)速，機(jī)械攬拌5 30min。
7.使用權(quán)利要求I所述的ー種碳纖維用熱塑性上漿劑的方法，其特征在于ー種碳纖維用熱塑性上漿劑的使用方法按以下步驟進(jìn)行將碳纖維在熱塑性上漿劑中浸潰I 15s，然后對上漿的碳纖維進(jìn)行刮膠處理，使吸附于碳纖維表面的上漿劑所形成的吸附層的厚度為O.05 O. 3 μ m,之后將刮膠處理后的碳纖維在有機(jī)溶劑B中浸潰I 15s,最后將碳纖維烘干。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種碳纖維用熱塑性上漿劑的使用方法，其特征在于有機(jī)溶劑B為甲醇、こ醇或丙酮。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的ー種碳纖維用熱塑性上漿劑的使用方法，其特征在于將碳纖維在熱塑性上漿劑中浸潰I 5s，然后對上漿的碳纖維進(jìn)行刮膠處理，使吸附于碳纖維表面的上漿劑所形成的吸附層的厚度為O. 05 O. 2 μ m，之后將刮膠處理后的碳纖維在有機(jī)溶劑B中浸潰I 5s，最后將碳纖維烘干。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的ー種碳纖維用熱塑性上漿劑的使用方法，其特征在于將碳纖維烘干是在60。。 160°C溫度下干燥O. 5min 5min。
全文摘要
一種碳纖維用熱塑性上漿劑及其制備和使用方法，它涉及碳纖維用溶劑型上漿劑及其制備和使用方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有的熱塑性上漿劑制備過程復(fù)雜、使用時(shí)污染環(huán)境的問題。制備方法將熱塑性樹脂、有機(jī)溶劑A和助劑混合，攪拌均勻，得到熱塑性上漿劑，使用時(shí)，將碳纖維在熱塑性上漿劑中浸漬，然后對上漿的碳纖維進(jìn)行刮膠處理，之后將刮膠處理后的碳纖維在有機(jī)溶劑B中浸漬，最后將碳纖維烘干。本發(fā)明不僅可以提高碳纖維與聚芳醚類高性能熱塑性樹脂的浸潤性、提高碳纖維/熱塑性聚芳醚類樹脂基復(fù)合材料的界面結(jié)合性能，而且還有具有成本低、性能穩(wěn)定、使用方便和不污染環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明制備的碳纖維用熱塑性上漿劑用于碳纖維材料的表面處理。
文檔編號D06M15/63GK102660874SQ20121018401
公開日2012年9月12日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者劉文博, 張舒, 李曉非, 王榮國, 矯維成, 赫曉東 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)