CN106084240A - 一种非离子型碳纤维上浆剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明拟针对不同型号的双酚A型环氧树脂各自的特点，采用聚乙二醇对环氧树脂进行改性，得到含有聚醚键的改性环氧树脂，其乳液具有很好的稳定性且对pH的变化适应性强，可作为碳纤维上浆剂使用。本发明涉及一种非离子型碳纤维上浆剂的制备方法。本方法以聚乙二醇和环氧树脂为原料，加入催化剂进行开环反应，通过测定生成物的环氧值来确定反应终点，得到产物为含有聚醚键的改性环氧树脂。本发明制备的非离子型碳纤维上浆剂，制备方法工艺简单，成本低，可通过调整反应物的配比来控制环氧值的范围和水溶解程度。

Description

一种非离子型碳纤维上浆剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种非离子型碳纤维上浆剂的制备方法。该上浆剂的主要成分为聚乙二醇改性环氧树脂。
背景技术
自20世纪80年代以来，以通用及高性能工程塑料为基体树脂的热塑性复合材料受到广泛重视。碳纤维作为高性能增强纤维，具有轻质高强的特性，一直是国防军工乃至民用的关注热点。近几年来，随着碳纤维国产化进程的不断推进，进一步降低了碳纤维的价格，从而使碳纤维增强热塑性复合材料有了更广的应用空间。由于碳纤维是由有机纤维在惰性气氛中经高温碳化而成的，碳纤维表面的活性基团较少，表面呈惰性，与树脂基体的结合性能较差，从而影响复合材料的使用性能。为此，通常需要利用上浆剂对碳纤维表面进行改性处理。一方面，利用上浆剂中的活性官能团促进碳纤维与树脂基体之间的结合；另一方面，可以减少碳纤维在加工过程中由于反复摩擦而产生的毛丝现象。近几年来，以水为溶剂或为分散剂的水性上浆剂由于对环境无污染、在生产中能耗低等优点而日益受到了人们的重视。其中，水性环氧树脂类上浆剂是指环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而制得的稳定分散体系。根据制备方法的不同，环氧树脂水性化主要有机械法、相反转法和化学改性法3种方法。用化学改性法可以制得自乳化型环氧树脂类上浆剂，无需外加乳化剂，制得上浆剂的分散相粒子尺寸大约在几十到几百纳米间，贮存稳定性好；同时可以根据需求，用不同的改性剂使环氧树脂获得某种独特的性能，这是用机械法和相反转法制备水性环氧树脂类上浆剂无法比拟的。如朱方等利用化学改性法将二乙醇胺使环氧树脂部分开环，并用聚醚多胺进行扩脂乳液，及惠云珍等用丙烯酸和苯乙烯对环氧树脂进行接枝反应，然后用碱中和制得阴离子型水性环氧树脂乳液，其分散相尺寸达到纳米级，贮存稳定性良好。但用化学改性法制备的离子型水性环氧体系对pH的变化适应性较差，对碳纤维上浆的柔韧性及耐水性也不理想。而用化学改性法制备的非离子型环氧树脂类上浆剂由于只含亲水性聚氧乙烯链段，不含阴阳离子基团，因此上浆剂对pH的变化适应性强，同时对碳纤维上浆的柔韧性及耐水性也有较大的提升。综上分析，我国越来越重视环氧树脂类上浆剂的研究，应针对不同的用途，制备环氧值不同但水乳液稳定的非离子型环氧树脂类上浆剂，使非离子型环氧树脂类上浆剂的应用与发展有进一步的突破。
发明内容
本发明拟针对不同型号的双酚A型环氧树脂各自的特点，采用分子量不同的聚乙二醇对环氧树脂进行水性化改性。
本发明涉及一种非离子型碳纤维上浆剂的合成方法，通过这种方法制备的碳纤维上浆剂具有很好的稳定性且对pH的变化适应性强。
本方法以聚乙二醇如聚乙二醇4000、环氧树脂如E51环氧树脂为原料，加入催化剂进行开环反应，反应结束后得到产物为含有聚醚键的改性环氧树脂。通过测定生成物的环氧值来确定反应终点。
以聚乙二醇4000改性E51环氧树脂为例，反应机理如下：
本发明中所述的聚乙二醇为分子量1000-15000的聚乙二醇，如聚乙二醇4000、聚乙二醇6000和聚乙二醇10000等；环氧树脂为双酚A型环氧树脂，如E51、E44等；催化剂为叔胺、季铵盐和有机金属络合物，如乙酰丙酮铬、四丁基溴化铵和三乙胺等。
本发明中环氧树脂与聚乙二醇的摩尔比为1∶0.3-0.9，根据对产物水溶解性的不同要求确定反应配比；反应温度为100℃-150℃；反应时间为2-4小时；催化剂用量为反应物总质量的0.1％-0.5％。
本发明在反应结束后，采用盐酸-丙酮法测定产物的环氧值，以此确定反应终点。
具体实施方式
下面介绍本发明的具体实施例，但本发明不受实施例的限制。
实施例1.聚乙二醇2000改性E51环氧树脂的制备方法
称取10g E51环氧树脂加入装有温度计的三口烧瓶中，然后加入35.71g聚乙二醇2000和0.16g四丁基溴化铵，开启搅拌并缓慢加热以3℃/min升温至130℃，保持温度不变反应2h后，停止反应，开始降温。取样品测试其环氧值确定反应终点。产品环氧值为0.052mmol/g。此时得到聚乙二醇2000改性E51环氧树脂类上浆剂。
实施例2.聚乙二醇4000改性E44环氧树脂的制备方法
称取10g E44环氧树脂加入装有温度计的三口烧瓶中，然后加入66.08g聚乙二醇4000和0.17g四丁基溴化铵，开启搅拌并缓慢加热以3℃/min升温至130℃，保持温度不变反应2h后。停止反应，开始降温。取样品测试其环氧值确定反应终点。产品的环氧值为0.048mmol/g。此时得到聚乙二醇4000改性E44环氧树脂类上浆剂。
实施例3.聚乙二醇4000环氧树脂E51的制备方法
称取10g E51环氧树脂加入装有温度计的三口烧瓶中，然后加入71.42g聚乙二醇4000和0.17g四丁基溴化铵，开启搅拌并缓慢加热以3℃/min升温至130℃，保持温度不变反应2h后。停止反应，开始降温。取样品测试其环氧值确定反应终点。产品的环氧值为0.045mmol/g。此时得到聚乙二醇4000改性E51环氧树脂类上浆剂。

Claims (7)

1.一种非离子型碳纤维上浆剂的制备方法，其原理如下：
2.权利1中所述，聚乙二醇为分子量1000-15000的聚乙二醇，如聚乙二醇4000、聚乙二醇6000和聚乙二醇10000等；环氧树脂为双酚A型环氧树脂，如E51，E44等。
3.权利1中所述，催化剂为叔胺、季铵盐和有机金属络合物，如乙酰丙酮铬、四丁基溴化铵和三乙胺等。
4.权利1中所述，环氧树脂与聚乙二醇的摩尔比为1∶0.3-0.9，根据对产物水溶解性的不同要求确定反应配比。
5.权利1中所述，反应温度为100℃-150℃。
6.权利1中所述，反应时间为2-4小时。
7.权利1中所述，催化剂用量为反应物总质量的0.1％-0.5％。
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