CN106884330B - 一种乳液型碳纤维用上浆剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种乳液型碳纤维用上浆剂及其制备方法和应用，首先将聚氨酯树脂溶解在室温下易挥发的有机溶剂中，加入表面活性剂混合均匀后制得主浆料溶液，再将表面活性剂分散在去离子水中制得乳化用水，然后将乳化用水逐滴加入到主浆料溶液中至主浆料溶液发生相反转，最后将剩余的乳化用水全部加入主浆料溶液中，连续搅拌得到最终产品。最终产品遇水不发生固化，粒度均匀，粒径为100‑200nm，稳定性良好，常温干燥条件下能储存6个月，耐热温度高达280‑300℃。将使用最终产品上浆后的碳纤维铺层后与热塑性树脂尼龙66通过热压成型的工艺制得的碳纤维/尼龙66复合材料具有良好的层间剪切强度。

Description

一种乳液型碳纤维用上浆剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于碳纤维用上浆剂领域，涉及一种乳液型碳纤维用上浆剂及其制备方法和应用。
背景技术
碳纤维增强热塑性复合材料因其可重复使用、成型速度快、抗疲劳性能好等特点引起了广泛关注。碳纤维具有较高的比强度和比模量，是目前市面上较为先进的增强型材料，被广泛应用于航空航天、体育器材和工业制造等领域。与传统材料相比，碳纤维具有耐热、耐腐蚀性高、强度高、密度小等特点，被当作当代高科技先进材料的代表。
碳纤维表面改性是碳纤维在复合材料中应用的关键技术，在碳纤维生产过程中需要对碳纤维进行电化学氧化等处理，使得碳纤维表面产生含氧活性基团，如羟基、羧基和羰基等。这些活性基团可以和复合材料的各种基体树脂产生化学键合，从而可以大幅改善复合材料的界面性能。但是，碳纤维本身具有脆性，容易在生产、加工中产生毛丝，而且以上所述经表面改性获得的活性基团在空气中容易“失活”。所以对碳纤维表面进行上浆处理是碳纤维生产中不可或缺的工序，其目的除了减少毛丝、保护碳纤维表面、避免碳纤维表面“失活”以外，还可以通过上浆剂设计来改善纤维和树脂基体的浸润性，提高界面作用强度。
目前，与碳纤维/环氧树脂复合材料相匹配的环氧型树脂上浆剂的耐热温度一般不超过180℃，耐热性能一般且多数是针对热固性树脂基体的，如专利CN101736593A中公开了一种环氧树脂乳液的上浆剂，主要用于碳纤维增强热固性环氧树脂复合材料。热塑性树脂基复合材料和热固性树脂复合材料的加工成型方法有较大区别，界面作用的原理也不相同，所以开发热塑性树脂基复合材料用碳纤维上浆剂显得非常的迫切。
中国专利CN104562698A公布了一种在水性聚氨酯乳液中加入热塑性树脂粉体进行混合得到的碳纤维上浆剂，可用于耐高温热塑性树脂，但由于乳液中加入了热塑性树脂粉体，难以获得分散性均一稳定的乳液，在上浆过程中还会发生热塑性树脂粉体的团聚现象，造成碳纤维表面形成厚度不均一的浆料层，在复合材料的制作中反而会对复合材料的界面产生不利的影响，复合材料界面作用强度不佳。
王浩静等人采用在环氧上浆剂中加入聚氨酯来对碳纤维进行上浆，对碳纤维进行上浆处理后获得了具有良好耐摩擦性能和开纤性能的碳纤维束。但上浆处理后碳纤维干燥过程中由于浆料中含有环氧树脂，干燥需要严格控制，否则温度太高会引起环氧树脂分解而对上浆层产生破坏作用，且由于环氧树脂作为浆料成分之一使得该上浆剂耐温性能差，该上浆剂并不适用于碳纤维增强热塑性树脂复合材料。
杨永岗等人采用TDI与聚酯二醇进行改性获得一种改性不饱和聚酯乳液，通过相反转乳化获得了稳定的乳液，研究发现采用改性不饱和聚酯乳液上浆的碳纤维集束性、耐磨性、柔韧性较好，且上浆剂与碳纤维获得了较好的相容性，但改性聚氨酯制备的过程中流程和工艺复杂，耗时较长，对设备要求较高，无疑增加了产品成本，且不利于工业化生产，另一方面，采用TDI作为原料制备聚氨酯有诸多弊端，TDI与MDI相比具有分子量小、常温下易挥发、耐高温性能差等缺点，不适合用于碳纤维增强热塑性基体树脂复合材料的制备，同时TDI具有较强的致癌毒性，不利于研发、操作人员的身体健康，且TDI分子的两个-NCO基团的活性相差25倍，不利于改性的进行。
碳纤维用热塑性树脂上浆剂设计和加工应主要考虑：
(1)提高碳纤维的技术性；
(2)提高碳纤维与高粘度热塑性树脂的浸润性；
(3)提高碳纤维和热塑性树脂的界面作用；
(4)耐热性能优良；
(5)成本低、环境友好。
综上所述，研究一种能提高碳纤维复合材料界面强度性能、耐高温且对环境友好的适合热塑性树脂的碳纤维上浆剂是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于研究一种能显著提高碳纤维复合材料强度性能并耐高温的适合热塑性树脂的碳纤维上浆剂。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种乳液型碳纤维用上浆剂，乳液型碳纤维用上浆剂主要由聚氨酯树脂、水和表面活性剂乳化制得，其中各组分的含量如下：
聚氨酯树脂： 0.1-10wt％；
水： 80-99.8wt％；
表面活性剂： 0.1-10wt％；
所述聚氨酯由MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)与多元醇反应制得，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂的复配物。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种乳液型碳纤维用上浆剂，所述复配物中非离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂的重量比为15-20:1，所述非离子型表面活性剂为JFC、APEO或Tween，所述阴离子型表面活性剂为LAS、AS、AES、SDBS或SDS。
如上所述的一种乳液型碳纤维用上浆剂，所述乳液型碳纤维用上浆剂遇水不发生固化，粒度均匀，粒径为100-200nm，稳定性良好，常温干燥条件下储存寿命为6个月，耐热温度高达280-300℃。
本发明还提供了一种乳液型碳纤维用上浆剂的制备方法，步骤如下：
(1)将聚氨酯树脂溶解在室温下易挥发的有机溶剂中，加入表面活性剂混合均匀后制得主浆料溶液；
(2)将所述表面活性剂分散在去离子水中制得乳化用水；
(3)在7000-10000r/min的转速下将乳化用水逐滴加入到主浆料溶液中至主浆料溶液发生相反转，转速过低不能迅速乳化，聚氨酯会遇水固化，转速过高会由于初期乳化不完全而造成团聚破乳；
(4)将剩余的乳化用水全部加入主浆料溶液中，调节转速至12000-13000r/min连续搅拌得到乳液型碳纤维用上浆剂，在转速较高的条件下发生相反转后形成的乳液会被进一步打散，粒径降低。
作为优选的方案：
如上所述的制备方法，所述溶解时进行充分搅拌，搅拌的速率为300-1500r/min，搅拌的时间为1-3min，所述有机溶剂为无水甲醇、丙酮、氯仿、N-甲基吡咯烷酮、无水乙醇或者二甲亚砜，所述有机溶剂的加入量为聚氨酯树脂完全溶解所需溶剂用量的最小值，保证在制备上浆剂的过程中溶剂能够完全挥发，不会残留在上浆剂中。
如上所述的制备方法，步骤(1)中聚氨酯树脂与表面活性剂的质量比为4:1，所述混合均匀采用搅拌的方式，转速为800-1000r/min，搅拌时间为4-6min。
如上所述的制备方法，将乳化用水加入到主浆料溶液中是在高剪切分散乳化机中进行的，所述逐滴加入的速率为1-2滴/秒，每滴的体积为0.08-0.1mL，所述连续搅拌的时间为15-45min，时间过短乳化不彻底，会造成破乳，时间过长出现过饱和剪切，增加小液滴的碰撞机会，反而使乳液粒径增大。
本发明还提供了一种乳液型碳纤维用上浆剂在碳纤维中的应用，将碳纤维在热塑性数值上浆剂中浸渍走丝后干燥处理得到上浆后的碳纤维，将上浆后的碳纤维铺层后与热塑性树脂尼龙66通过热压成型的工艺制备碳纤维/尼龙66复合材料。
作为优选的技术方案：
如上所述的上浆剂在碳纤维中的应用，所述浸渍走丝时上浆剂的质量为碳纤维总质量的0.1％-8％，浸渍走丝的时间为15-20s，所述干燥处理的温度为200℃，所述热压成型的温度为265-300℃，压力0-4MPa，时间为20-25min。
如上所述的上浆剂在碳纤维中的应用，所述碳纤维/尼龙66复合材料在280℃的层间剪切强度为78.2-81.9MPa。
发明机理：
本发明的碳纤维用上浆剂具有耐热温度较高的优点，一方面由于本发明的制备方法使得聚氨酯乳液中聚氨酯被包裹在内层，聚氨酯受到外层的保护作用减少与热源的直接接触，另一方面由于本发明上浆剂中的聚氨酯树脂由MDI与多元醇反应制得，现有技术的上浆剂中的聚氨酯由TDI与多元醇反应制得，MDI相对于TDI分子量更大、毒性更低、耐高温性能更加优良。此外，由于本发明聚氨酯中MDI与TDI相比末端-NCO基团的活性更强，在高温条件下聚氨酯分子内多元醇与过量异氰酸酯会发生适度的化学交联，提高上浆剂的热稳定性，同时上浆剂聚氨酯中两个-NCO基团容易与碳纤维表面的活性基团如羟基、羧基等发生化学反应，形成热稳定性高氨酯键。
本发明的碳纤维用上浆剂克服了现有技术上浆剂中聚氨酯遇水固化的问题，因为本发明制备主浆料溶液时加入了一定的表面活性剂，然后再滴加表面活性剂水溶液，由于表面活性剂的亲水亲油性，在主浆料中加入表面活性剂，亲油基团会迅速与油性浆料结合，亲水基团朝外，将主浆料包裹在内层，随后滴加表面活性剂水溶液时会迅速发生乳化，形成水包油型乳液，从而达到阻止聚氨酯与水接触的目的，解决聚氨酯遇水固化的问题。
本发明的上浆剂具有粒度均匀且稳定性良好的优点，因为本发明选用了非离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂的复配物作为乳化剂，一个理想的乳化剂不仅要与油相亲和力强也要与水相有较强的亲和力，把HLB值(亲水亲油平衡值)小的乳化剂与HLB值大的乳化剂混合使用形成的混合膜与油相和水相都有强的亲和力，可以同时兼顾这两方面的要求。乳化时使用复配乳化剂比使用单一乳化剂效果更好，研究发现作为O/W型(水包油型)乳状液的乳化剂其HLB值常在8～18之间，非离子型表面活性剂的HLB通常在10左右，阴离子型表面活性剂的HLB值通常非常大，采用二者复配可以取长补短获得HLB值适中的乳化剂，能够形成稳定性良好和粒度均匀的乳液，同时加入非离子表面活性剂使得乳液表面都带有相同电性的电荷，相互排斥，可以拟制存放时间较长由于乳液团聚而造成的破乳发生，提高了乳液的存放周期。
有益效果：
本发明所提供的上浆剂为乳液型上浆剂，具有制备简单、耗时短，使用方便等优点，所用的助剂以及有机溶剂均为环境友好型试剂，完全达到绿色环保标准，对上浆设备以及操作人员均无危害。
本发明得到的乳液型上浆剂可以用在碳纤维复合材料中，作为界面层连接碳纤维和基体树脂，提高复合材料的界面性能。
本发明制备的乳液型上浆剂在提高复合材料的耐热性能的同时还能显著提高碳纤维与树脂基体复合材料的层间剪切强度。
本发明制备的上浆剂不仅可以提高碳纤维与热塑性树脂的浸润性，还能对碳纤维起到极好的集束作用，而且还具有成本低，性能稳定，使用方便以及对环境友好等优点。
附图说明
图1为实施例13制得的上浆后的碳纤维/尼龙66复合材料与未上浆碳纤维/尼龙66复合材料在280℃的层间剪切强度的对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种乳液型碳纤维用上浆剂的制备方法，其反应步骤如下：
(1)在300r/min的搅拌转速下，将聚氨酯树脂在刚好能使聚氨酯树脂完全溶解的无水甲醇中溶解1min，调整转速至800r/min，加入与聚氨酯树脂的质量比为1:4的表面活性剂均匀混合4min后制得主浆料溶液，表面活性剂为JFC与LAS的复配物，其中JFC与LAS的重量比为15:1，聚氨酯由MDI与多元醇反应制得；
(2)将表面活性剂分散在去离子水中制得乳化用水；
(3)在高剪切分散乳化机中，转速为7000r/min的条件下，将乳化用水以1滴/秒的速率滴加入到主浆料溶液中至主浆料溶液发生相反转，每滴溶液的体积为0.08mL；
(4)将剩余的乳化用水全部加入主浆料溶液中，调节转速至12000r/min连续搅拌15min得到乳液型碳纤维用上浆剂。
最终制得的乳液型碳纤维用上浆剂组分为聚氨酯树脂、水和表面活性剂，其中各组分的含量如下：
聚氨酯树脂： 5wt％；
水： 85wt％；
表面活性剂： 10wt％；
该乳液型碳纤维用上浆剂遇水不发生固化，粒度均匀，粒径为100-150nm，稳定性良好，常温干燥条件下储存寿命为6个月，耐热温度高达280℃。
实施例2
一种乳液型碳纤维用上浆剂的制备方法，其反应步骤如下：
(1)在1500r/min的搅拌转速下，将聚氨酯树脂在刚好能使聚氨酯树脂完全溶解的丙酮中溶解3min，调整转速至1000r/min，加入与聚氨酯树脂的质量比为1:4的表面活性剂均匀混合6min后制得主浆料溶液，表面活性剂为APEO与AS的复配物，复配物中APEO与AS的重量比为20:1，聚氨酯由MDI与多元醇反应制得；
(2)将表面活性剂分散在去离子水中制得乳化用水；
(3)在高剪切分散乳化机中，转速为10000r/min的条件下，将乳化用水以2滴/秒的速率滴加入到主浆料溶液中至主浆料溶液发生相反转，每滴溶液的体积为0.1mL；
(4)将剩余的乳化用水全部加入主浆料溶液中，调节转速至13000r/min连续搅拌45min得到乳液型碳纤维用上浆剂。
最终制得的乳液型碳纤维用上浆剂组分为聚氨酯树脂、水和表面活性剂，其中各组分的含量如下：
聚氨酯树脂： 10wt％；
水： 89.9wt％；
表面活性剂： 0.1wt％；
该乳液型碳纤维用上浆剂遇水不发生固化，粒度均匀，粒径为180-200nm，稳定性良好，常温干燥条件下储存寿命为6个月，耐热温度高达300℃。
实施例3
一种乳液型碳纤维用上浆剂的制备方法，其反应步骤如下：
(1)在900r/min的搅拌转速下，将聚氨酯树脂在刚好能使聚氨酯树脂完全溶解的氯仿中溶解2min，再加入与聚氨酯树脂的质量比为1:4的表面活性剂均匀混合5min后制得主浆料溶液，表面活性剂为Tween与AES的复配物，复配物中Tween与AES的重量比为17.5:1，聚氨酯由MDI与多元醇反应制得；
(2)将表面活性剂分散在去离子水中制得乳化用水；
(3)在高剪切分散乳化机中，转速为8500r/min的条件下，将乳化用水以1.5滴/秒的速率滴加入到主浆料溶液中至主浆料溶液发生相反转，每滴溶液的体积为0.09mL；
(4)将剩余的乳化用水全部加入主浆料溶液中，调节转速至12500r/min连续搅拌30min得到乳液型碳纤维用上浆剂。
最终制得的乳液型碳纤维用上浆剂组分为聚氨酯树脂、水和表面活性剂，其中各组分的含量如下：
聚氨酯树脂： 10wt％；
水： 80wt％；
表面活性剂： 10wt％；
该乳液型碳纤维用上浆剂遇水不发生固化，粒度均匀，粒径为100-150nm，稳定性良好，常温干燥条件下储存寿命为6个月，耐热温度高达290℃。
实施例4
一种乳液型碳纤维用上浆剂的制备方法，其反应步骤如下：
(1)在400r/min的搅拌转速下，将聚氨酯树脂在刚好能使聚氨酯树脂完全溶解的N-甲基吡咯烷酮中溶解1.3min，调整转速至880r/min，加入与聚氨酯树脂的质量比为1:4的表面活性剂均匀混合4.6min后制得主浆料溶液，表面活性剂为JFC与SDBS的复配物，复配物中JFC与SDBS的重量比为16:1，聚氨酯由MDI与多元醇反应制得；
(2)将表面活性剂分散在去离子水中制得乳化用水；
(3)在高剪切分散乳化机中，转速为8000r/min的条件下，将乳化用水以1.2滴/秒的速率滴加入到主浆料溶液中至主浆料溶液发生相反转，每滴溶液的体积为0.088mL；
(4)将剩余的乳化用水全部加入主浆料溶液中，调节转速至12200r/min连续搅拌19min得到乳液型碳纤维用上浆剂。
最终制得的乳液型碳纤维用上浆剂组分为聚氨酯树脂、水和表面活性剂，其中各组分的含量如下：
聚氨酯树脂： 7.5wt％；
水： 90wt％；
表面活性剂： 2.5wt％；
该乳液型碳纤维用上浆剂遇水不发生固化，粒度均匀，粒径为100-120nm，稳定性良好，常温干燥条件下储存寿命为6个月，耐热温度高达283℃。
实施例5
一种乳液型碳纤维用上浆剂的制备方法，其反应步骤如下：
(1)在1300r/min的搅拌转速下，将聚氨酯树脂在刚好能使聚氨酯树脂完全溶解的无水乙醇中溶解2.5min，调整转速至900r/min，加入与聚氨酯树脂的质量比为1:4的表面活性剂均匀混合4.8min后制得主浆料溶液，表面活性剂为APEO与SDS的复配物，复配物中APEO与SDS的重量比为19:1，聚氨酯由MDI与多元醇反应制得；
(2)将表面活性剂分散在去离子水中制得乳化用水；
(3)在高剪切分散乳化机中，转速为8000r/min的条件下，将乳化用水以1.8滴/秒的速率滴加入到主浆料溶液中至主浆料溶液发生相反转，每滴溶液的体积为0.095mL；
(4)将剩余的乳化用水全部加入主浆料溶液中，调节转速至12800r/min连续搅拌40min得到乳液型碳纤维用上浆剂。
最终制得的乳液型碳纤维用上浆剂组分为聚氨酯树脂、水和表面活性剂，其中各组分的含量如下：
聚氨酯树脂： 0.1wt％；
水： 99.8wt％；
表面活性剂： 0.1wt％；
该乳液型碳纤维用上浆剂遇水不发生固化，粒度均匀，粒径为140-160nm，稳定性良好，常温干燥条件下储存寿命为6个月，耐热温度高达288℃。
实施例6
一种乳液型碳纤维用上浆剂的制备方法，其反应步骤如下：
(1)在1200r/min的搅拌转速下，将聚氨酯树脂在刚好能使聚氨酯树脂完全溶解的二甲亚砜中溶解2.8min，调整转速至1000r/min，加入与聚氨酯树脂的质量比为1:4的表面活性剂均匀混合4.5min后制得主浆料溶液，表面活性剂为APEO与LAS的复配物，复配物中APEO与LAS的重量比为18:1)，聚氨酯由MDI与多元醇反应制得；
(2)将表面活性剂分散在去离子水中制得乳化用水；
(3)在高剪切分散乳化机中，转速为9000r/min的条件下，将乳化用水以1.5滴/秒的速率滴加入到主浆料溶液中至主浆料溶液发生相反转，每滴溶液的体积为0.08mL；
(4)将剩余的乳化用水全部加入主浆料溶液中，调节转速至12000-13000r/min连续搅拌33min得到乳液型碳纤维用上浆剂。
最终制得的乳液型碳纤维用上浆剂组分为聚氨酯树脂、水和表面活性剂，其中各组分的含量如下：
聚氨酯树脂： 0.1wt％；
水： 89.9wt％；
表面活性剂： 10wt％；
该乳液型碳纤维用上浆剂遇水不发生固化，粒度均匀，粒径为120-160nm，稳定性良好，常温干燥条件下储存寿命为6个月，耐热温度高达295℃。
实施例7
一种乳液型碳纤维用上浆剂的制备方法，其反应步骤如下：
(1)在1000r/min的搅拌转速下，将聚氨酯树脂在刚好能使聚氨酯树脂完全溶解的丙酮中溶解1.5min，再加入与聚氨酯树脂的质量比为1:4的表面活性剂均匀混合5min后制得主浆料溶液，表面活性剂为JFC与SDBS的复配物，复配物中JFC与SDBS的重量比为15:1，聚氨酯由MDI与多元醇反应制得；
(2)将表面活性剂分散在去离子水中制得乳化用水；
(3)在高剪切分散乳化机中，转速为9000r/min的条件下，将乳化用水以1.2滴/秒的速率滴加入到主浆料溶液中至主浆料溶液发生相反转，每滴溶液的体积为0.09mL；
(4)将剩余的乳化用水全部加入主浆料溶液中，调节转速至12000r/min连续搅拌28min得到乳液型碳纤维用上浆剂。
最终制得的乳液型碳纤维用上浆剂组分为聚氨酯树脂、水和表面活性剂，其中各组分的含量如下：
聚氨酯树脂： 5wt％；
水： 93wt％；
表面活性剂： 2wt％；
该乳液型碳纤维用上浆剂遇水不发生固化，粒度均匀，粒径为120-200nm，稳定性良好，常温干燥条件下储存寿命为6个月，耐热温度高达298℃。
实施例8
一种乳液型碳纤维用上浆剂的制备方法，其反应步骤如下：
(1)在1000r/min的搅拌转速下，将聚氨酯树脂在刚好能使聚氨酯树脂完全溶解的无水乙醇中溶解2min，调整转速至800r/min，加入与聚氨酯树脂的质量比为1:4的表面活性剂均匀混合5min后制得主浆料溶液，表面活性剂为Tween与LAS的复配物，复配物中Tween与LAS的重量比为17:1，聚氨酯由MDI与多元醇反应制得；
(2)将表面活性剂分散在去离子水中制得乳化用水；
(3)在高剪切分散乳化机中，转速为7500r/min的条件下，将乳化用水以1.4滴/秒的速率滴加入到主浆料溶液中至主浆料溶液发生相反转，每滴溶液的体积为0.099mL；
(4)将剩余的乳化用水全部加入主浆料溶液中，调节转速至12300r/min连续搅拌31min得到乳液型碳纤维用上浆剂。
最终制得的乳液型碳纤维用上浆剂组分为聚氨酯树脂、水和表面活性剂，其中各组分的含量如下：
聚氨酯树脂： 4wt％；
水： 91wt％；
表面活性剂： 5wt％；
该乳液型碳纤维用上浆剂遇水不发生固化，粒度均匀，粒径为150-200nm，稳定性良好，常温干燥条件下储存寿命为6个月，耐热温度高达299℃。
实施例9
将碳纤维在实施例1制得的上浆剂中浸渍走丝15s后经200℃干燥处理得到上浆后的碳纤维，将上浆后的碳纤维铺层后与热塑性树脂尼龙66通过热压成型的工艺制备碳纤维/尼龙66复合材料。浸渍走丝时上浆剂的质量为碳纤维总质量的0.1％，热压成型工艺条件为：温度265℃，压力0MPa，时间20min。测试结果表明碳纤维/尼龙66复合材料在280℃的层间剪切强度为78.2MPa。
实施例10
将碳纤维在实施例2制得的上浆剂中浸渍走丝17.5s后经200℃干燥处理得到上浆后的碳纤维，将上浆后的碳纤维铺层后与热塑性树脂尼龙66通过热压成型的工艺制备碳纤维/尼龙66复合材料。浸渍走丝时上浆剂的质量为碳纤维总质量的4％，热压成型工艺条件为：温度282.5℃，压力2MPa，时间22.5min。测试结果表明碳纤维/尼龙66复合材料在280℃的层间剪切强度为80.1MPa。
实施例11
将碳纤维在实施例3制得的上浆剂中浸渍走丝18s后经200℃干燥处理得到上浆后的碳纤维，将上浆后的碳纤维铺层后与热塑性树脂尼龙66通过热压成型的工艺制备碳纤维/尼龙66复合材料。浸渍走丝时上浆剂的质量为碳纤维总质量的0.9％，热压成型工艺条件为：温度300℃，压力4MPa，时间25min。测试结果表明碳纤维/尼龙66复合材料在280℃的层间剪切强度为81.9MPa。
实施例12
将碳纤维在实施例4制得的上浆剂中浸渍走丝20s后经200℃干燥处理得到上浆后的碳纤维，将上浆后的碳纤维铺层后与热塑性树脂尼龙66通过热压成型的工艺制备碳纤维/尼龙66复合材料。浸渍走丝时上浆剂的质量为碳纤维总质量的8％，热压成型工艺条件为：温度288℃，压力2.4MPa，时间23min。测试结果表明碳纤维/尼龙66复合材料在280℃的层间剪切强度为80.9MPa。
实施例13
将碳纤维在实施例4制得的上浆剂中浸渍走丝20s后经200℃干燥处理得到上浆后的碳纤维，将上浆后的碳纤维铺层后与热塑性树脂尼龙66通过热压成型的工艺制备碳纤维/尼龙66复合材料。浸渍走丝时上浆剂的质量为碳纤维总质量的8％，热压成型工艺条件为：温度300℃，压力2.9MPa，时间25min。测试结果表明碳纤维/尼龙66复合材料在280℃的层间剪切强度为78.8MPa。
对比例1
将与实施例13相同的碳纤维和热塑性树脂尼龙66通过热压成型的工艺制备碳纤维/尼龙66复合材料，热压成型工艺条件为：温度300℃，压力2.9MPa，时间25min。测试结果表明，碳纤维/尼龙66复合材料在280℃的层间剪切强度为47.6MPa。实施例13与对比例1制得的碳纤维/尼龙66复合材料在280℃的层间剪切强度的对比图如图1所示，从图中可以看出，经过本发明上浆剂处理后的复合材料高温条件下的层间剪切强度远高于未处理的复合材料，一方面说明了本发明的上浆剂具有耐热性能优良的特点，在280℃高温条件下仍然能发挥作用，另一方面也说明了本发明的上浆剂能够显著增强复合材料的层间作用力。

Claims (6)

1.一种乳液型碳纤维用上浆剂，其特征是：乳液型碳纤维用上浆剂主要由聚氨酯树脂、水和表面活性剂乳化制得，其中各组分的含量如下：
聚氨酯树脂： 0.1-10wt％；
水： 80-99.8wt％；
表面活性剂： 0.1-10wt％；
所述聚氨酯由MDI与多元醇反应制得，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂JFC、APE或Tween与阴离子型表面活性剂LAS、AS、AES、SDBS或SDS的复配物，所述复配物中非离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂的重量比为15-20:1。
2.根据权利要求1所述的一种乳液型碳纤维用上浆剂，其特征在于，所述乳液型碳纤维用上浆剂遇水不发生固化，粒度均匀，粒径为100-200nm，稳定性良好，常温干燥条件下储存寿命为6个月，耐热温度高达280-300℃。
3.如权利要求1或2所述的一种乳液型碳纤维用上浆剂的制备方法，其特征是，步骤如下：
(1)将聚氨酯树脂溶解在室温下易挥发的有机溶剂中，加入表面活性剂混合均匀后制得主浆料溶液；
(2)将所述表面活性剂分散在去离子水中制得乳化用水；
(3)在7000-10000r/min的转速下将乳化用水逐滴加入到主浆料溶液中至主浆料溶液发生相反转；
(4)将剩余的乳化用水全部加入主浆料溶液中，调节转速至12000-13000r/min连续搅拌得到乳液型碳纤维用上浆剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述溶解时进行充分搅拌，搅拌的速率为300-1500r/min，搅拌的时间为1-3min，所述有机溶剂为无水甲醇、丙酮、氯仿、N-甲基吡咯烷酮、无水乙醇或者二甲亚砜，所述有机溶剂的加入量为聚氨酯树脂完全溶解所需溶剂用量的最小值。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中聚氨酯树脂与表面活性剂的质量比为4:1，所述混合均匀采用搅拌的方式，转速为800-1000r/min，搅拌时间为4-6min。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将乳化用水加入到主浆料溶液中是在高剪切分散乳化机中进行的，所述逐滴加入的速率为1-2滴/秒，每滴的体积为0.08-0.1mL，所述连续搅拌的时间为15-45min。
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