CN104389177A - 一种碳纤维上浆剂及其上浆方法 - Google Patents

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张淑斌
顾红星
庞培乐
程璐
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范立东
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Abstract

本发明提供一种碳纤维上浆剂及其上浆方法，在环氧树脂上浆剂中加入聚氨酯树脂，并且对上浆后的烘干温度进行严格的控制，可以获得同时具有良好的耐摩擦性能和开纤性能的炭纤维束，从而解决以环氧树脂为主要成分的上浆剂难以同时满足良好的耐摩擦性和开纤性两方面的要求的问题。

Description

一种碳纤维上浆剂及其上浆方法
技术领域
本发明涉及纤维制造领域，尤其涉及一种碳纤维上浆剂及其上浆方法。 
背景技术
碳纤维具有高比强度和高比模量的特性，其与各种树脂形成的复合材料在航空航天、一般工业和体育娱乐用品等领域内有着广泛的应用。碳纤维的产品性能多为连续的纤维束，在制备复合材料时，通常是将纤维束按一定的方向铺排好，或者将其预先编织为具有一定形态的织物，然后进行树脂含浸，树脂固化后就获得复合材料。 
碳纤维本身是一种脆性材料，在纤维生产过程以及制备复合材料的过程中，当纤维与制造设备以及纤维之间互相摩擦时，非常容易产生纤维单丝磨断，从而产生大量毛丝，导致纤维品位下降，甚至导致生产无法顺利进行。为此，工业上生产的碳纤维，通常都要对纤维表面进行上浆处理。上浆处理是指在将纤维通过一定浓度的浆料，浆料中的有效成分沉积在纤维表面，经过烘干后在纤维表面形成上浆剂保护膜。这层薄膜可以减少纤维与设备以及纤维之间的摩擦，减少毛丝的发生。 
一般碳纤维上浆剂的主要成分是环氧树脂，这是由于环氧树脂本身具有良好的结膜性，可以在纤维表面形成强韧而坚固的薄膜，很好的起到保护纤维的作用。但是使用环氧树脂作为上浆剂时，为了达到更好的耐摩擦效果，就要使用分子量越大的环氧树脂，而环氧树脂的分子量越大，上浆并干燥后纤维的集束性也就越强，也就是说，一束纤维中的单丝大多通过上浆剂而紧密的结合在一起难以分开，从而导致开纤性很差。 
集束性和开纤性是矛盾的两方面，集束性越强，开纤性就越差。当碳纤维用于制备单向预浸料时，就要求纤维束具有良好的开纤性，这样才能达到良好的树脂含浸效果，否则树脂难以进入纤维束内部，造成浸胶不均一，影响复合材料的性能。 
因此，解决上述问题就显得尤为重要了。 
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维上浆剂及其上浆方法，在环氧树脂上浆剂中加入聚氨酯树脂，并且对上浆后的烘干温度进行严格的控制，可以获得同时具有良好的耐摩擦性能和开纤性能的炭纤维束，从而解决上了上述问题。 
本发明提供一种碳纤维上浆剂，所述碳纤维上浆剂包括环氧树脂和聚氨酯树脂，所述环氧树脂和聚氨酯树脂的重量比为1:2~1:1之间。 
进一步改进在于：所述碳纤维上浆剂中还包括乳化剂及润滑剂，所述乳化剂和润滑剂的重量不超过上浆剂主剂质量的5%。 
进一步改进在于：所述环氧树脂为双酚A型的环氧树脂，聚氨酯树脂为不溶于水的聚酯型聚氨酯。 
进一步改进在于：所述乳化剂为芳香族非离子型乳化剂，润滑剂为棕榈酸丁基酯。
进一步改进在于：所述聚氨酯树脂的软化温度范围为100~150℃，并且不溶于水。 
一种碳纤维上浆剂的上浆方法，使用上浆剂对碳纤维进行浸渍上浆，之后进行烘干；所述烘干温度控制在比聚氨酯树脂的软化温度范围低5~10℃范围之内。 
本发明中的炭纤维束，可以是PAN基、沥青基或者黏胶基的炭纤维束，每束纤维的单丝数在1000~48000之间。另外，此处的炭纤维束也包含通常所说的石墨纤维束，即经过2000℃以上高温处理的高模量炭纤维束。 
本发明中的上浆剂最终使用形式为水系乳液。乳液的主要有效成分中的环氧树脂为通常的双酚A型的环氧树脂或者酚醛型环氧树脂以及其它类型环氧树脂，其中以双酚A型环氧树脂为佳。例如，在常温下为液态的低分子量环氧树脂，如环氧树脂E51、E44等和在常温下为固态或者凝胶状的高分子量环氧树脂，如环氧树脂E20、E33等。可以仅含一种，也可以包含两种以上。为了达到更好的保护效果，最好同时含有低分子量和高分子量的环氧树脂。 
本发明中使用的聚氨酯为不溶于水的聚酯型聚氨酯。可以以末端含有羟基的聚酯低聚物与异氰酸酯如甲苯二异氰酸酯等通过加聚反应获得。聚氨酯可以自行合成，也可以使用市售的产物。 
聚氨酯树脂的软化温度根据国标GB/T 1634-2004的相关规定进行测试。软化温度应控制在100~150℃之间。如果不足100℃，需要大大延长烘干时间；如果软化温度超过150℃，烘干后的纤维太硬，开纤性很差。 
本发明中环氧树脂与聚氨酯树脂的质量比例，应在0.5~1之间。如果不足0.5，纤维的耐摩擦性不足，在加工过程中容易产生毛丝，并且纤维束的形态难以保持，在单向铺排时单丝平行性差，树脂含浸的进行顺利性和效果都不好，如果超过1，纤维的开纤性差，同样也会造成毛丝和断丝增多的后果。 
含有环氧树脂和聚氨酯树脂的水系上浆剂乳液，可以通过下述方法获得：首先通过转相乳化法分别制备环氧树脂和聚氨酯树脂的乳液，然后将两种乳液在搅拌的同时进行机械混合。在制备乳液过程中，必须要使用到乳化剂，此处的乳化剂以芳香族非离子型乳化剂为佳。 
本发明中的上浆剂中除了上述环氧树脂、聚氨酯树脂以及乳化剂外，还可以加入少量的润滑剂。润滑剂的加入可以明显改善纤维的摩擦性能。润滑剂可以是高级脂肪酸酯或者高级脂肪酸酰胺等。加入的量不应超过上浆剂主剂质量的5%。 
本发明的上浆方法可以采用浸渍法，即将纤维通过装满上浆剂的上浆槽，上浆剂即沉积在纤维表面。然后通过热辊干燥，树脂固化完成上浆过程。热辊干燥的温度，应控制在比聚氨酯树脂的软化温度范围低5~10℃范围之内。最好是在95~145℃范围内，如果干燥温度不足95℃，难以达到良好的干燥效果，丝束幅宽小；如果超过145℃，纤维束开始变软，幅宽过大并且容易发生缠辊。 
碳纤维制造过程中一般采用多级热辊干燥，此时各个热辊可以保持一定的温度梯度，例如第一个热辊可以将温度设置的稍低一些，以后逐渐升高，但是保持最高不超过145℃。 
本发明的有益效果是：在环氧树脂上浆剂中加入聚氨酯树脂，并且对上浆后的烘干温度进行严格的控制，可以获得同时具有良好的耐摩擦性能和开纤性能的炭纤维束，润滑剂的加入可以明显改善纤维的摩擦性能，提升产品品质。 
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。 
实施例1 
将环氧树脂E20（预先用球磨机磨碎）、软化温度130℃的自乳化性聚氨酯、棕榈酸丁基酯、芳香族非离子乳化剂按照质量比30、60、5、5称好后按照上文的方法制备成水系乳液，将其稀释为2.5%后装入上浆槽。
将单丝数为6000，拉伸强度为5.4GPa的碳纤维通过上浆槽进行上浆，上浆后的干燥温度设置为125℃. 
分别对纤维进行耐磨、开纤测试。耐磨性能采用山东纺织技术院的碳纤维耐磨仪进行测试，以在一定摩擦介质下磨断时的摩擦次数进行评价，开纤通过测定纤维经过四组直径为150mm的导辊后的幅宽进行评价。结果如表1所示。
实施例2 
将环氧树脂E20（预先用球磨机磨碎）、软化温度100℃的自乳化性聚氨酯、棕榈酸丁基酯、芳香族非离子乳化剂按照质量比40、50、5、5称好后按照上文的方法制备成水系乳液，将其稀释为2.5%后装入上浆槽。
将单丝数为6000，拉伸强度为5.4GPa的碳纤维通过上浆槽进行上浆，上浆后的干燥温度设置为95℃. 
分别对纤维进行耐磨、开纤测试。耐磨性能采用山东纺织技术院的碳纤维耐磨仪进行测试，以在一定摩擦介质下磨断时的摩擦次数进行评价，开纤通过测定纤维经过四组直径为150mm的导辊后的幅宽进行评价。结果如表1所示。
实施例3 
将环氧树脂E20（预先用球磨机磨碎）、软化温度150℃的自乳化性聚氨酯、棕榈酸丁基酯、芳香族非离子乳化剂按照质量比45、45、5、5称好后按照上文的方法制备成水系乳液，将其稀释为2.5%后装入上浆槽。
将单丝数为6000，拉伸强度为5.4GPa的碳纤维通过上浆槽进行上浆，上浆后的干燥温度设置为145℃. 
分别对纤维进行耐磨、开纤测试。耐磨性能采用山东纺织技术院的碳纤维耐磨仪进行测试，以在一定摩擦介质下磨断时的摩擦次数进行评价，开纤通过测定纤维经过四组直径为150mm的导辊后的幅宽进行评价。结果如表1所示。
比较例1 
将环氧树脂E20（预先用球磨机磨碎）、软化温度130℃的自乳化性聚氨酯、棕榈酸丁基酯、芳香族非离子乳化剂按照质量比0、90、5、5称好后按照上文的方法制备成水系乳液，将其稀释为2.5%后装入上浆槽。
将单丝数为6000，拉伸强度为5.4GPa的碳纤维通过上浆槽进行上浆，上浆后的干燥温度设置为125℃. 
分别对纤维进行耐磨、开纤测试。耐磨性能采用山东纺织技术院的碳纤维耐磨仪进行测试，以在一定摩擦介质下磨断时的摩擦次数进行评价，开纤通过测定纤维经过四组直径为150mm的导辊后的幅宽进行评价。结果如表1所示。
比较例2 
将环氧树脂E20（预先用球磨机磨碎）、软化温度130℃的自乳化性聚氨酯、棕榈酸丁基酯、芳香族非离子乳化剂按照质量比90、0、5、5称好后按照上文的方法制备成水系乳液，将其稀释为2.5%后装入上浆槽。
将单丝数为6000，拉伸强度为5.4GPa的碳纤维通过上浆槽进行上浆，上浆后的干燥温度设置为125℃. 
分别对纤维进行耐磨、开纤测试。耐磨性能采用山东纺织技术院的碳纤维耐磨仪进行测试，以在一定摩擦介质下磨断时的摩擦次数进行评价，开纤通过测定纤维经过四组直径为150mm的导辊后的幅宽进行评价。结果如表1所示。
测试结果如表1所示： 
  比较例1 实施例1 实施例2 实施例3 比较例2
A:B 0:90 30:60 40:50 45:45 90:0
耐摩擦性（次） 1318 3420 3652 3520 纤维束太硬无法进行
幅宽（mm） 4.5 6.5 6.6 6.4 4.0
由上表可知，实施例1、2、3的耐磨擦性远远优于比较例1、2。

Claims (6)

1.一种碳纤维上浆剂，其特征在于：所述碳纤维上浆剂包括环氧树脂和聚氨酯树脂，所述环氧树脂和聚氨酯树脂的重量比为1:2~1:1之间。
2.如权利要求1所述的一种碳纤维上浆剂，其特征在于：所述碳纤维上浆剂中还包括乳化剂及润滑剂，所述乳化剂和润滑剂的重量不超过上浆剂主剂质量的5%。
3.如权利要求1所述的一种碳纤维上浆剂，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A型的环氧树脂，聚氨酯树脂为不溶于水的聚酯型聚氨酯。
4.如权利要求2所述的一种碳纤维上浆剂，其特征在于：所述乳化剂为芳香族非离子型乳化剂，润滑剂为棕榈酸丁基酯。
5.如权利要求1所述的一种碳纤维上浆剂，其特征在于：所述聚氨酯树脂的软化温度范围为100~150℃，并且不溶于水。
6.一种如权利要求1所述的碳纤维上浆剂的上浆方法，其特征在于：使用上浆剂对碳纤维进行浸渍上浆，之后进行烘干；所述烘干温度控制在比聚氨酯树脂的软化温度范围低5~10℃范围之内。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105669939A (zh) * 2016-02-29 2016-06-15 中简科技股份有限公司 一种改性不饱和聚酯乳液的制备方法
CN109252373A (zh) * 2018-07-30 2019-01-22 江苏澳盛复合材料科技有限公司 一种碳纤维表面上浆剂及其应用
CN109295731A (zh) * 2018-09-03 2019-02-01 金莎 一种可生物降解水性聚氨酯经纱上浆浆料
CN109403042A (zh) * 2018-09-07 2019-03-01 张家港康得新光电材料有限公司 水性碳纤维上浆剂及其制备方法
CN110130109A (zh) * 2019-04-17 2019-08-16 镇江市高等专科学校 一种新型碳纤维用上浆剂
CN110937825A (zh) * 2019-12-24 2020-03-31 陕西华特新材料股份有限公司 用于高硅氧玻璃纤维的无蜡型浸润剂及其制备方法
CN112048854A (zh) * 2020-09-11 2020-12-08 江苏恒神股份有限公司 缠绕成型用碳纤维束及其制备方法和应用
CN112292488A (zh) * 2018-06-29 2021-01-29 三菱化学株式会社 上浆剂、增强纤维束、纤维增强树脂成型材料及纤维增强复合材料

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01162876A (ja) * 1987-12-19 1989-06-27 Toho Rayon Co Ltd 炭素繊維ストランドのサイジング方法
JP2000303362A (ja) * 1999-02-18 2000-10-31 Toray Ind Inc サイジング剤、及び該サイジング剤で処理されたチョップド炭素繊維
JP2002071057A (ja) * 2000-08-25 2002-03-08 Toray Ind Inc ゴム補強用コード及び繊維強化ゴム材料
CN102206919A (zh) * 2011-04-22 2011-10-05 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种石墨烯改性碳纤维乳液上浆剂及制备方法
CN103797183A (zh) * 2011-09-22 2014-05-14 三洋化成工业株式会社 纤维用上浆剂组成物
CN103890261A (zh) * 2011-10-21 2014-06-25 松本油脂制药株式会社 碳纤维用上浆剂、碳纤维丝束及纤维强化复合材料

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01162876A (ja) * 1987-12-19 1989-06-27 Toho Rayon Co Ltd 炭素繊維ストランドのサイジング方法
JP2000303362A (ja) * 1999-02-18 2000-10-31 Toray Ind Inc サイジング剤、及び該サイジング剤で処理されたチョップド炭素繊維
JP2002071057A (ja) * 2000-08-25 2002-03-08 Toray Ind Inc ゴム補強用コード及び繊維強化ゴム材料
CN102206919A (zh) * 2011-04-22 2011-10-05 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种石墨烯改性碳纤维乳液上浆剂及制备方法
CN103797183A (zh) * 2011-09-22 2014-05-14 三洋化成工业株式会社 纤维用上浆剂组成物
CN103890261A (zh) * 2011-10-21 2014-06-25 松本油脂制药株式会社 碳纤维用上浆剂、碳纤维丝束及纤维强化复合材料

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105669939A (zh) * 2016-02-29 2016-06-15 中简科技股份有限公司 一种改性不饱和聚酯乳液的制备方法
CN112292488A (zh) * 2018-06-29 2021-01-29 三菱化学株式会社 上浆剂、增强纤维束、纤维增强树脂成型材料及纤维增强复合材料
EP3816339A4 (en) * 2018-06-29 2021-09-08 Mitsubishi Chemical Corporation SIZE, REINFORCING FIBER BUNDLES, FIBER-REINFORCED RESIN MOLDED MATERIAL AND FIBER-REINFORCED COMPOSITE MATERIAL
CN112292488B (zh) * 2018-06-29 2023-12-29 三菱化学株式会社 上浆剂、增强纤维束、纤维增强树脂成型材料及纤维增强复合材料
CN109252373A (zh) * 2018-07-30 2019-01-22 江苏澳盛复合材料科技有限公司 一种碳纤维表面上浆剂及其应用
CN109252373B (zh) * 2018-07-30 2020-03-31 江苏澳盛复合材料科技有限公司 一种碳纤维表面上浆剂及其应用
CN109295731A (zh) * 2018-09-03 2019-02-01 金莎 一种可生物降解水性聚氨酯经纱上浆浆料
CN109403042A (zh) * 2018-09-07 2019-03-01 张家港康得新光电材料有限公司 水性碳纤维上浆剂及其制备方法
CN110130109A (zh) * 2019-04-17 2019-08-16 镇江市高等专科学校 一种新型碳纤维用上浆剂
CN110937825A (zh) * 2019-12-24 2020-03-31 陕西华特新材料股份有限公司 用于高硅氧玻璃纤维的无蜡型浸润剂及其制备方法
CN110937825B (zh) * 2019-12-24 2022-02-25 陕西华特新材料股份有限公司 用于高硅氧玻璃纤维的无蜡型浸润剂及其制备方法
CN112048854A (zh) * 2020-09-11 2020-12-08 江苏恒神股份有限公司 缠绕成型用碳纤维束及其制备方法和应用

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