CN109403042A - 水性碳纤维上浆剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水性碳纤维上浆剂及其制备方法。其中，该水性碳纤维上浆剂由按重量份计的以下组分制成：环氧树脂20～40重量份，亲水性乳化剂2～15重量份，水性聚氨酯乳液0～20重量份，高级脂肪酸酰胺0～5重量份，光引发剂0.1～3重量份，水性润湿分散剂0.05～5重量份，增稠剂0.1～5重量份，溶剂0.2～5重量份，去离子水30～70重量份。本发明的水性碳纤维上浆剂是一种热固化和光固化复合的水性碳纤维上浆剂，该上浆后的碳纤维，可以先通过高温热烘的方法进行烘干，然后通过光固化的方式进行固化，使得碳纤维上浆剂的性能进一步提高。

Description

水性碳纤维上浆剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及碳纤维上浆剂技术领域，具体而言，涉及一种水性碳纤维上浆剂及其制备方法。
背景技术
目前，上浆剂在高性能碳纤维及纤维增强树脂复合材料应用中占有极其重要的作用。在碳纤维表面进行上浆处理后，可以提升碳纤维的集束性、滑爽性、耐磨性、可加工性等性能，满足碳纤维在后续纺织和加工等制造工艺中的要求。
现有市场上使用的上浆剂主要分为两大类：油性上浆剂和水性上浆剂。随着国家对环境保护的要求越来越高，市场上水性上浆剂的占比越来越高。水性碳纤维上浆剂主要通过高温热烘的方式进行快速烘干，烘干后进行收卷，放置一段时间后使用。一般来说，现有技术中所使用水性碳纤维上浆剂，主要为水性改性环氧树脂体系。水性改性环氧树脂体系包括水性聚氨酯改性环氧树脂、水性聚酯改性环氧树脂、水性聚醚改性环氧树脂、水性聚丙烯酸酯改性环氧树脂、水性聚酰胺改性环氧树脂等。水性改性环氧树脂体系可以分为单组份环氧树脂体系和双组份环氧树脂体系。一般来说，单组份环氧树脂体系不含固化剂或交联剂，或者含有常温不参与反应的固化剂或交联剂。双组份环氧树脂体系由主体树脂和固化剂或交联剂组成，使用时，将两组分混合后使用。不含固化剂或交联剂的碳纤维上浆剂体系烘干后无法进行后固化，碳纤维表面触摸时易粘手，且性能稍差。而含有固化剂或交联剂的碳纤维上浆剂体系烘干后，在后固化的过程中，上浆剂树脂容易发生过度固化，上浆后的碳纤维过硬，易于折断，纺丝过程中易出现问题，且后固化的时间较长，效率较低。
现有市面上的碳纤维上浆剂一般是由两种制备方法得到：化学合成和物理分散得到。通过将亲水性的链段接到环氧树脂上，使得环氧树脂具有亲水性或具有水可分散的能力，是化学合成法。化学合成法制备得到的碳纤维上浆剂，优点是储存稳定性高，性能出色；缺点是：合成周期较长，对生产设备的要求较高，反应过程中需要用到毒性较高的催化剂，环境友好性问题无法解决。通过乳化剂、增稠剂等将环氧树脂进行乳化，从而使得环氧树脂稳定的分散于去离子水中的方法为物理分散法。物理分散法制备得到的碳纤维上浆剂，优点是制备过程简单，对生产设备的要求较低；缺点是储存稳定性稍差，性能稍弱，需要加入其它类型的树脂弥补其性能。此外，通过物理方式制备的环氧树脂乳液，在烘干过程中，乳化剂容易游离到涂膜表层，从而影响碳纤维表面的界面性能，且在复合材料制备过程中，容易影响与碳纤维表面复合树脂的结合性，从而影响复合材料的力学性能。
CN 106637984 A公开了一种聚酰胺改性环氧碳纤维的制备方法，涉及碳纤维/环氧复合材料的制备领域，所述方法包括：将聚酰胺树脂和环氧树脂放入反应釜中，得到聚酰胺改性环氧树脂；使用溶剂将所述聚酰胺改性环氧树脂溶解，然后加入亲水性聚醚和催化剂，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂；向亲水改性的聚酰胺环氧树脂中加入去离子水，通过剪切搅拌，得到聚酰胺改性环氧乳液，最后将聚酰胺改性环氧乳液作为上浆剂对所述碳纤维进行上浆处理，获得所述聚酰胺改性环氧表面改性的碳纤维。解决了现有碳纤维生产中改性的方法条件复杂，处理时间不易控制，容易造成碳纤维的模量和断裂强度下降，从而大幅降低其符合材料的性能的问题。但是该专利公开的聚酰胺改性环氧树脂，在合成制备过程中，需要使用毒性较高的三氟化硼乙醚作为催化剂，环境友好型问题无法解决。
CN 104448245 A公开了一种超支化型环氧乳液制备方法，所述的制备方法，包括如下步骤：将多元胺与环氧树脂反应，合成超支化型环氧树脂；所述超支化型环氧树脂在催化剂的作用下，与亲水性聚醚反应，得到亲水改性的超支化型环氧树脂；在所述亲水改性的超支化环氧树脂中加入去离子水，通过剪切搅拌，制备成超支化型环氧乳液。该发明制备的超支化环氧乳液，可以作为碳纤维上浆剂、玻璃纤维和玄武岩纤维的浸润剂使用，能够提供纤维束优异的集束性、开纤性和与环氧树脂的浸润性，使用该环氧乳液上浆的纤维可用于制备高层剪切和耐高温的复合材料。但是该专利公开的超支化环氧树脂乳液，在合成制备过程中，需要使用毒性较强的三氟化硼乙醚作为催化剂，环境友好型问题无法解决。通过多元胺改性后的环氧树脂乳液，在高温烘烤过程中易发生内交联反应，使得干膜的脆性增加，无法适应碳纤维的后加工步骤。
CN 103797183 A公开了一种可以对用以制作纤维强化复合材料的强化纤维束赋予充分的集束性与开纤性的纤维用上浆剂。其中，一种纤维用上浆剂组成物(E)，其还有35℃的黏度为50Pa.s～3000Pa.s的上浆剂(A)，且触变指数为3～15，其中(A)较佳为环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯甲酸酯树脂、聚醚树脂及乙烯基树脂。该专利公开的碳纤维上浆剂，主要是通过乳化剂分散分子量较低的环氧树脂乳化而成，通过物理分散方式制备得到的外乳化型环氧树脂乳液稳定性稍差于化学合成法制备得到的内乳化型环氧树脂乳液。一般来说，对于高分子量的环氧树脂无法使用外乳化剂进行外乳化，而化学合成法可以进行分子设计达到内乳化。因此，外乳化型的环氧树脂乳液性能受到限制，只能够通过额外加入其它类型的乳液进行弥补，比如合成好的聚氨酯乳液。此外，通过物理方式制备的环氧树脂乳液，在烘干过程中，乳化剂容易游离到涂膜表层，从而影响碳纤维表面的界面性能，且在复合材料制备过程中，容易影响与碳纤维表面复合树脂的结合性，从而影响复合材料的力学性能。
发明内容
本发明旨在提供一种水性碳纤维上浆剂及其制备方法，以提高水性碳纤维上浆剂的力学性能。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种水性碳纤维上浆剂。该水性碳纤维上浆剂由按重量份计的以下组分制成：
进一步地，环氧树脂的添加量为22～35重量份，优选为25～30重量份；
优选的，亲水性乳化剂的添加量为5～10重量份，更优选为6～8重量份；
优选的，水性聚氨酯乳液的添加量为2～15重量份，更优选为3～10重量份；
优选的，高级脂肪酸酰胺的添加量为1～3重量份，更优选为1.5～2重量份；
优选的，光引发剂的添加量为0.2～2重量份，更优选为0.5～1重量份；
优选的，水性润湿分散剂的添加量为0.1～3重量份，更优选为0.2～1重量份；
优选的，增稠剂的添加量为0.2～3重量份，更优选为0.5～1重量份；
优选的，溶剂的添加量为0.5～3重量份，更优选为1～2重量份；
优选的，去离子水的添加量为40～60重量份，更优选为45～50重量份。
进一步地，环氧树脂选自由双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、甲酚甲醛型环氧树脂、苯酚酚醛型环氧树脂和缩水甘油醚型环氧树脂组成的组中的一种或多种；
优选的，亲水性乳化剂包括反应型亲水性乳化剂和非反应型亲水性乳化剂，其中，反应型亲水性乳化剂占亲水性乳化剂的重量百分率为50～100％；
优选的，反应型亲水性乳化剂为三苯乙烯苯酚聚乙二醇甲基丙烯酸酯、烷氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯中的一种或多种；优选的，非反应型亲水性乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚、多芳基聚醚、三苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚中的一种或多种；优选的，非反应型亲水性乳化剂为聚乙二醇、聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇单酯类中的一种或多种的混合物，分子量为400～20000；优选的，亲水性乳化剂还可选自由壬基酚型非离子乳化剂、壬基酚型阴离子乳化剂、磷酸酯型阴离子乳化剂、非壬基酚型非离子乳化剂和非壬基酚型阴离子乳化剂组成的组中的一种或多种；
优选的，水性聚氨酯乳液为水分散型聚氨酯树脂或水乳液型聚氨酯树脂；
优选的，高级脂肪酸酰胺为脂肪族单羧酸酰胺和/或脂肪族二羧酸酰胺，更优选的，脂肪族单羧酸酰胺选自由油酸酰胺、硬脂酸酰胺、芥子酸酰胺、月硅酸酰胺、棕榈酸酰胺、蓖麻油酸酰胺和羟基硬脂酸酰胺组成的组中的一种或多种；脂肪族二羧酸酰胺选自由亚乙基二硬脂酸酰胺、亚乙基二月硅酸酰胺、亚乙基二油酸酰胺、亚乙基二异硬脂酸酰胺、亚乙基二羟基硬脂酸酰胺和六亚甲基二硬脂酸酰胺组成的组中的一种或多种；
优选的，光引发剂为裂解型引发剂和/或夺氢型引发剂；更优选的，裂解型引发剂选自由2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、1,1'-(亚甲基二-4,1-亚苯基)双[2-羟基-2-甲基-1-丙酮]、2-甲基-1-[-4-甲硫基)苯基]-2-吗啉基-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、安息香双甲醚、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮和苯甲酰基衍生物组成的组中的一种或多种，夺氢型引发剂选自由二苯甲酮、4-苯甲酰基-4'-甲基-二苯硫醚、2-苯甲酰基苯甲酸甲酯、异丙基硫杂嗯酮(2,4异构体混合物)和4-(N,N-二甲氨基)苯甲酸乙酯组成的组中的一种或多种；
优选的，水性润湿分散剂选自由高分子量酸性聚合物的烷基醇胺盐、丙烯酸类共聚物、含有颜料亲和机关的结构化共聚物、低分子量多元羟酸聚合物的烷羟基胺盐、带酸性基团的高分子共聚酯的烷醇胺、多官能基聚合体的烷醇胺、多官能基聚合体的烷基铵盐、含颜料亲和基团高分子共聚体和带有颜料亲和基团的丙烯酸共聚物组成的组中的一种或多种；
优选的，水性增稠剂选自由聚羟基羧酸酰胺溶液、改性脲溶液、脲改性聚氨酯溶液、高度分支结构的聚氨酯溶液组成的组中的一种或多种；
优选的，溶剂选自由丙二醇甲醚、乙二醇丁醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二丁醚、丙酮、丁酮和乙酸丁酯组成的组中的一种或多种。
进一步地，水性碳纤维上浆剂上浆后需进行热固化和紫外光固化。
进一步地，热固化的温度为100～160℃，优选130～150℃；紫外光固化中紫外线的照射光量为200～1000mj/m2，优选地，紫外线的照射光量为600～800mj/m2。
根据本发明的另一个方面，提供一种上述水性碳纤维上浆剂的制备方法。该制备方法包括：称取以下重量份的组分：
将上述组分混合均匀制备得到水性碳纤维上浆剂。
进一步地，水性碳纤维上浆剂的制备方法具体包括以下步骤：S1，将环氧树脂加入适量溶剂搅拌混合均匀，得到第一环氧树脂体系；S2，向第一环氧树脂体系中加入亲水性乳化剂，搅拌均匀后加入水性润湿分散剂，得到第二环氧树脂体系；S3，向第二环氧树脂体系中加入去离子水进行分散，然后加入用剩余部分溶剂溶解的光引发剂，得到第三环氧树脂体系；S4，将增稠剂用去离子水稀释后加入第三环氧树脂体系，搅拌均匀，得到水性碳纤维上浆剂。
进一步地，S1包括，环氧树脂和适量溶剂在带有冷凝器的搅拌装置中混合均匀，温度升至60～90℃，搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1500r/min，得到第一环氧树脂体系；
优选的，S2包括，在匀速搅拌的情况下，向第一环氧树脂体系中加入亲水性乳化剂，温度升至60～90℃，搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1500r/min，加入水性润湿分散剂，得到第二环氧树脂体系；
优选的，S3包括，将第二环氧树脂体系降低温度至60～90℃，缓慢加入50份去离子水，滴加时间为0.5～2小时，滴加完毕后，继续搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度1000～3000r/min，将第二环氧树脂体系降温至25～40℃，然后加入用剩余部分溶剂溶解的光引发剂，搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1500r/min，得到第三环氧树脂体系；
优选的，S4中，搅拌分散的时间为0.5～2小时，搅拌速度为500～1500r/min。
进一步地，当高级脂肪酸酰胺添加量不为0时，S1包括，将部分环氧树脂和高级脂肪酸酰胺在带有冷凝器的搅拌装置中混合均匀，温度升至130～150℃，搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1000r/min，将体系温度降低至60～90℃，加入剩余部分环氧树脂和部分溶剂，搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1500r/min，得到第一环氧树脂体系；
优选的，当水性聚氨酯乳液添加量不为0时，S3中，加入光引发剂之前还包括，将体系降温至45～70℃，加入水性聚氨酯乳液继续搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1500r/min。
进一步地，环氧树脂的添加量为22～35重量份，优选为25～30重量份；
优选的，亲水性乳化剂的添加量为5～10重量份，更优选为6～8重量份；
优选的，水性聚氨酯乳液的添加量为2～15重量份，更优选为3～10重量份；
优选的，高级脂肪酸酰胺的添加量为1～3重量份，更优选为1.5～2重量份；
优选的，光引发剂的添加量为0.2～2重量份，更优选为0.5～1重量份；
优选的，水性润湿分散剂的添加量为0.1～3重量份，更优选为0.2～1重量份；
优选的，增稠剂的添加量为0.2～3重量份，更优选为0.5～1重量份；
优选的，溶剂的添加量为0.5～3重量份，更优选为1～2重量份；
优选的，去离子水的添加量为40～60重量份，更优选为45～50重量份。
进一步地，环氧树脂选自由双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、甲酚甲醛型环氧树脂、苯酚酚醛型环氧树脂和缩水甘油醚型环氧树脂组成的组中的一种或多种；
优选的，亲水性乳化剂包括反应型亲水性乳化剂和非反应型亲水性乳化剂，其中，反应型亲水性乳化剂占亲水性乳化剂的重量百分率为50～100％；
优选的，反应型亲水性乳化剂为三苯乙烯苯酚聚乙二醇甲基丙烯酸酯、烷氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯中的一种或多种；
优选的，非反应型亲水性乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚、多芳基聚醚、三苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚中的一种或多种；
优选的，非反应型亲水性乳化剂为聚乙二醇、聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇单酯类中的一种或多种的混合物，分子量为400～20000；
优选的，亲水性乳化剂还可选自由壬基酚型非离子乳化剂、壬基酚型阴离子乳化剂、磷酸酯型阴离子乳化剂、非壬基酚型非离子乳化剂和非壬基酚型阴离子乳化剂组成的组中的一种或多种；
优选的，水性聚氨酯乳液为水分散型聚氨酯树脂或水乳液型聚氨酯树脂；
优选的，高级脂肪酸酰胺为脂肪族单羧酸酰胺和/或脂肪族二羧酸酰胺，更优选的，脂肪族单羧酸酰胺选自由油酸酰胺、硬脂酸酰胺、芥子酸酰胺、月硅酸酰胺、棕榈酸酰胺、蓖麻油酸酰胺和羟基硬脂酸酰胺组成的组中的一种或多种；脂肪族二羧酸酰胺选自由亚乙基二硬脂酸酰胺、亚乙基二月硅酸酰胺、亚乙基二油酸酰胺、亚乙基二异硬脂酸酰胺、亚乙基二羟基硬脂酸酰胺和六亚甲基二硬脂酸酰胺组成的组中的一种或多种；
优选的，光引发剂为裂解型引发剂和/或夺氢型引发剂；更优选的，裂解型引发剂选自由2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、1,1'-(亚甲基二-4,1-亚苯基)双[2-羟基-2-甲基-1-丙酮]、2-甲基-1-[-4-甲硫基)苯基]-2-吗啉基-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、安息香双甲醚、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮和苯甲酰基衍生物组成的组中的一种或多种，夺氢型引发剂选自由二苯甲酮、4-苯甲酰基-4'-甲基-二苯硫醚、2-苯甲酰基苯甲酸甲酯、异丙基硫杂嗯酮(2,4异构体混合物)和4-(N,N-二甲氨基)苯甲酸乙酯组成的组中的一种或多种；
优选的，水性润湿分散剂选自由高分子量酸性聚合物的烷基醇胺盐、丙烯酸类共聚物、含有颜料亲和机关的结构化共聚物、低分子量多元羟酸聚合物的烷羟基胺盐、带酸性基团的高分子共聚酯的烷醇胺、多官能基聚合体的烷醇胺、多官能基聚合体的烷基铵盐、含颜料亲和基团高分子共聚体和带有颜料亲和基团的丙烯酸共聚物组成的组中的一种或多种；
优选的，水性增稠剂选自由聚羟基羧酸酰胺溶液、改性脲溶液、脲改性聚氨酯溶液、高度分支结构的聚氨酯溶液组成的组中的一种或多种；
优选的，溶剂选自由丙二醇甲醚、乙二醇丁醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二丁醚、丙酮、丁酮和乙酸丁酯组成的组中的一种或多种。
本发明的水性碳纤维上浆剂是一种热固化和光固化复合的水性碳纤维上浆剂，该上浆后的碳纤维，可以先通过高温热烘的方法进行烘干，然后通过光固化的方式进行固化，使得碳纤维上浆剂的性能进一步提高；本发明提供的热固化、光固化结合的固化方式，提高了碳纤维上浆剂的生产效率，增强了纤维束的集束性，并且在纺织过程中不易掉屑、能够与环氧树脂预浸料完美结合。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种水性碳纤维上浆剂。该水性碳纤维上浆剂由按重量份计的以下组分制成：
本发明的水性碳纤维上浆剂是一种热固化和光固化复合的水性碳纤维上浆剂，该上浆后的碳纤维，可以先通过高温热烘的方法进行烘干，然后通过光固化的方式进行固化，使得碳纤维上浆剂的性能进一步提高；本发明提供的热固化、光固化结合的固化方式，提高了碳纤维上浆剂的生产效率，增强了纤维束的集束性，并且在纺织过程中不易掉屑、能够与环氧树脂预浸料完美结合。
优选的，环氧树脂的添加量为22～35重量份，更优选为25～30重量份；优选的，亲水性乳化剂的添加量为5～10重量份，更优选为6～8重量份；优选的，水性聚氨酯乳液的添加量为2～15重量份，更优选为3～10重量份；优选的，高级脂肪酸酰胺的添加量为1～3重量份，更优选为1.5～2重量份；优选的，光引发剂的添加量为0.2～2重量份，更优选为0.5～1重量份；优选的，水性润湿分散剂的添加量为0.1～3重量份，更优选为0.2～1重量份；优选的，增稠剂的添加量为0.2～3重量份，更优选为0.5～1重量份；优选的，溶剂的添加量为0.5～3重量份，更优选为1～2重量份；优选的，去离子水的添加量为40～60重量份，更优选为45～50重量份；优选的，环氧树脂与溶剂的添加量重量比为100：2～30，优选为100：3～20，更优选为100：4～10；优选的，环氧树脂与高级脂肪酸酰胺的添加量重量比为100：1～20，优选:为100：2～10，更优选为100：3～5。
根据本发明一种典型的实施方式，环氧树脂选自由双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、甲酚甲醛型环氧树脂、苯酚酚醛型环氧树脂和缩水甘油醚型环氧树脂组成的组中的一种或多种；亲水性乳化剂包括反应型亲水性乳化剂(即为具有双键的，可继续进行反应交联的)和非反应型亲水性乳化剂，其中，反应型亲水性乳化剂占亲水性乳化剂的重量百分率为50～100％；优选的，反应型亲水性乳化剂为三苯乙烯苯酚聚乙二醇甲基丙烯酸酯、烷氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯中的一种或多种。优选的，所述非反应型亲水性乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚、多芳基聚醚、三苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚中的一种或多种，这些亲水性乳化剂极性中等，是常用的乳化剂，得到的终产品性能稳定；当产品对韧性要求较高是，优选的，非反应型亲水性乳化剂为聚乙二醇，聚乙二醇单甲醚，聚乙二醇单酯类中的一种或多种的混合物，其中，亲水性聚醚的分子量为400～20000。当然，这类乳化剂可以根据实际需要进行调配。优选的，亲水性乳化剂还可选自由壬基酚型非离子乳化剂、壬基酚型阴离子乳化剂、磷酸酯型阴离子乳化剂、非壬基酚型非离子乳化剂和非壬基酚型阴离子乳化剂组成的组中的一种或多种；优选的，水性聚氨酯乳液为水分散型聚氨酯树脂或水乳液型聚氨酯树脂；优选的，高级脂肪酸酰胺为脂肪族单羧酸酰胺和/或脂肪族二羧酸酰胺，更优选的，脂肪族单羧酸酰胺选自由油酸酰胺、硬脂酸酰胺、芥子酸酰胺、月硅酸酰胺、棕榈酸酰胺、蓖麻油酸酰胺和羟基硬脂酸酰胺组成的组中的一种或多种；脂肪族二羧酸酰胺选自由亚乙基二硬脂酸酰胺、亚乙基二月硅酸酰胺、亚乙基二油酸酰胺、亚乙基二异硬脂酸酰胺、亚乙基二羟基硬脂酸酰胺和六亚甲基二硬脂酸酰胺组成的组中的一种或多种；优选的，光引发剂为裂解型引发剂和/或夺氢型引发剂；更优选的，裂解型引发剂选自由2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、1,1'-(亚甲基二-4,1-亚苯基)双[2-羟基-2-甲基-1-丙酮]、2-甲基-1-[-4-甲硫基)苯基]-2-吗啉基-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、安息香双甲醚、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮和苯甲酰基衍生物组成的组中的一种或多种，夺氢型引发剂选自由二苯甲酮、4-苯甲酰基-4'-甲基-二苯硫醚、2-苯甲酰基苯甲酸甲酯、异丙基硫杂嗯酮(2,4异构体混合物)和4-(N,N-二甲氨基)苯甲酸乙酯组成的组中的一种或多种；优选的，水性润湿分散剂选自由高分子量酸性聚合物的烷基醇胺盐(高分子量通常指分子量大于2万)、丙烯酸类共聚物、含有颜料亲和基团的结构化共聚物、低分子量多元羟酸聚合物的烷羟基胺盐(低分子量通常指分子量小于2万)、带酸性基团的高分子共聚酯的烷醇胺(高分子量通常指分子量大于2万)、多官能基聚合体的烷醇胺、多官能基聚合体的烷基铵盐、含颜料亲和基团高分子共聚体和带有颜料亲和基团的丙烯酸共聚物组成的组中的一种或多种；优选的，水性增稠剂选自由聚羟基羧酸酰胺溶液(通常浓度范围可以是10％～100％)、改性脲溶液、脲改性聚氨酯溶液、高度分支结构的聚氨酯溶液组成的组中的一种或多种；优选的，溶剂选自由丙二醇甲醚、乙二醇丁醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二丁醚、丙酮、丁酮和乙酸丁酯组成的组中的一种或多种。进一步优选的，高级脂肪酸酰胺，优选油酸酰胺和硬脂酸酰胺。
本发明上述组分可均选自商用产品，例如润湿分散剂、增稠剂选自BYK、TEGO、YCK、德谦公司等。
本发明中的水性碳纤维上浆剂，主要成份由不同类别的环氧树脂和含有不饱和双键的聚氧乙烯醚类乳化剂组成。环氧树脂一般由双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂、甲酚甲醛环氧树脂组成。环氧树脂的主链结构为苯环类的化合物，具有一定的刚性，而聚氧乙烯醚类乳化剂的主链结构一般为重复性的碳碳氧类化合物，具有一定的柔韧性。一般而言，酚醛环氧树脂和甲酚甲醛环氧树脂的刚性和官能度高于双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂，因此，酚醛环氧树脂和甲酚甲醛环氧树脂的硬度和脆性高于双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂。通过不同种类环氧树脂和聚氧乙烯醚类乳化剂之间的搭配，可以达到调整上浆剂的硬度、韧性、爽滑性、集束性等性能的目的。
高分子量的聚氧乙烯醚类乳化剂由于其特有的柔软性，可以提供碳纤维更好的柔顺性和表面更好的爽滑性。中小分子量的双酚A型和双酚F环氧树脂搭配高分子量的聚氧乙烯醚类乳化剂，可以使得碳纤维具有较好的集束性和表面爽滑性。由上述两种组分组成的上浆剂对碳纤维进行上浆后，由于两种组分的硬度较低，高温烘干后，手指触摸碳纤维表面有轻微粘手的状况。因此，需要搭配硬度较高和表干性较好的酚醛环氧树脂和甲酚甲醛环氧树脂，使得体系的硬度微微提升，以达到烘干后手触表干不粘手的状态。如果硬度较高的酚醛环氧树脂和甲酚甲醛环氧树脂的添加量太大，则会造成烘干后的碳纤维丝束脆性增加，不利于下一步的纺织工序。因此，上述三种成份的搭配显得尤为重要。
本发明中的水性乳化剂含有不饱和双键，经过紫外光固化步骤后，不饱和双键发生反应，乳化剂之间发生交联，且将环氧树脂紧密的包裹住，不易从上浆剂体系中游离出来。相比之下，传统的水性碳纤维上浆剂中的乳化剂，由于不具有反应性，容易从上浆剂中游离出来，从而影响碳纤维表面的界面性能，且在复合材料制备过程中，容易影响与碳纤维表面复合树脂的结合性，从而影响复合材料的力学性能。
本发明通过亲水性优异的乳化剂将环氧树脂稳定的分散于去离子水中，从而获得性能稳定、储存稳定的碳纤维上浆剂。并且，该类型的乳化剂具有不饱和双键，可以参与自由基固化反应，与环氧树脂紧密结合。传统的水性碳纤维上浆剂一般为热固化型上浆剂，本发明中的水性碳纤维上浆剂为热固化和光固化结合型的上浆剂。该水性碳纤维上浆剂可以只进行热固化，不进行光固化，从而获得与传统上浆剂相似性能；也可以在完成热固化操作后，进一步进行光固化步骤，从而获得更加优异的性能。
优选的，本发明通过亲水性优异的反应型亲水性乳化剂将环氧树脂稳定的分散于去离子水中，从而获得性能稳定、储存稳定的碳纤维上浆剂。并且，该类型的乳化剂具有不饱和双键，可以参与自由基固化反应，与环氧树脂紧密结合。该水性碳纤维上浆剂可以只进行热固化，不进行光固化，从而获得与传统上浆剂相似的性能；也可以在完成热固化操作后，进一步进行光固化步骤，从而获得更加优异的性能，所以，优选的，水性碳纤维上浆剂上浆后需进行热固化和紫外光固化。优选的，热固化的温度为100～160℃，优选130～150℃；紫外光固化中紫外线的照射光量为200～1000mj/m2，优选地，紫外线的照射光量为600～800mj/m2。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种上述水性碳纤维上浆剂的制备方法。该制备方法包括：称取以下重量份的组分：
将上述组分混合均匀制备得到水性碳纤维上浆剂。
本发明通过亲水性优异的反应型亲水性乳化剂将环氧树脂稳定的分散于去离子水中，从而获得性能稳定、储存稳定的碳纤维上浆剂。并且，该类型的乳化剂具有不饱和双键，可以参与自由基固化反应，与环氧树脂紧密结合。传统的水性碳纤维上浆剂一般为热固化型上浆剂，本发明中的水性碳纤维上浆剂为热固化和光固化结合型的上浆剂。该水性碳纤维上浆剂可以只进行热固化，不进行光固化，从而获得与传统上浆剂相似的性能；也可以在完成热固化操作后，进一步进行光固化步骤，从而获得更加优异的性能。因此，本发明的水性碳纤维上浆剂，具有较大的工业化生产效益和良好的应用前景。
优选的，水性碳纤维上浆剂的制备方法具体包括以下步骤：S1，将环氧树脂加入适量溶剂搅拌混合均匀，得到第一环氧树脂体系；S2，向第一环氧树脂体系中加入亲水性乳化剂，搅拌均匀后加入水性润湿分散剂，得到第二环氧树脂体系；S3，向第二环氧树脂体系中加入去离子水进行分散，然后加入用剩余部分溶剂溶解的光引发剂，得到第三环氧树脂体系；S4，将增稠剂用去离子水稀释后加入第三环氧树脂体系，搅拌均匀，得到水性碳纤维上浆剂。
采用本发明的制备方法制备的产品，性能稳定，不易破乳。
根据本发明一种典型的实施方式，S1包括，环氧树脂和适量溶剂在带有冷凝器的搅拌装置中混合均匀，温度升至60～90℃，搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1500r/min，得到第一环氧树脂体系；优选的，S2包括，在匀速搅拌的情况下，向第一环氧树脂体系中加入亲水性乳化剂，温度升至60～90℃，搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1500r/min，得到第二环氧树脂体系；优选的，S3包括，将第二环氧树脂体系降低温度至60～90℃，缓慢加入50份去离子水，滴加时间为0.5～2小时，滴加完毕后，继续搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度1000～3000r/min，将第二环氧树脂体系降温至25～40℃，然后加入用剩余部分溶剂溶解的光引发剂，搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1500r/min，得到第三环氧树脂体系；优选的，S4中，0.5～2小时，搅拌速度为500～1500r/min。
根据本发明一种典型的实施方式，当高级脂肪酸酰胺添加量不为0时，S1包括，将部分环氧树脂和高级脂肪酸酰胺在带有冷凝器的搅拌装置中混合均匀，温度升至130～150℃，搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1000r/min，将体系温度降低至60～90℃，加入剩余部分环氧树脂和部分溶剂，搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1500r/min，n，得到第一环氧树脂体系；优选的，当水性聚氨酯乳液添加量不为0时，S3中，加入光引发剂之前还包括，将体系降温至45～70℃，加入水性聚氨酯乳液继续搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1500。下面将结合实施例进一步说明本发明的有益效果。
本发明的比较例和实施例所用的化学原料如下表1所示：
表1
比较例1
本比较例碳纤维上浆剂由按重量份计的以下组分(表2)经过热固化后制成：
表2
组分 具体成分 重量份
环氧树脂 E-51 29份
高级脂肪酸酰胺 油酸酰胺 1.5份
表面活性剂 三苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚25EO 9.5份
溶剂 丙二醇甲醚 1份
溶剂 乙酸丁酯 1份
增稠剂 BYK-420 0.5份
水 去离子水 57.5份
制备方法如下：
将29重量份E-51和1.5重量份油酸酰胺一起投入反应釜中，升高温度至135℃，搅拌分散1小时，搅拌速度为800rpm。降低体系温度至90℃，将1重量份丙二醇甲醚、1重量份乙酸丁酯和9.5重量份三苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚25EO，一起投入反应釜中，搅拌分散1小时，搅拌速度为1000rpm，获得纤维用上浆剂组成物。然后，将体系温度降低至70℃，接着向该纤维用上浆剂组成物中滴加50重量份的水，滴加时间为0.5小时，搅拌速度为1500rpm，继续搅拌分散1小时。最后，用7.5份去离子水稀释0.5份增稠剂BYK-420，然后加入上述体系中，继续搅拌1小时，从而获得不挥发成份浓度约为40％固含量的纤维用上浆剂水性液。
比较例2
本比较例碳纤维上浆剂由按重量份计的以下组分(表3)经过热固化后制成：
表3
组分 具体成分 重量份
环氧树脂 E-44 12份
环氧树脂 N740S 12份
聚酯树脂 XCPA-195 4份
高级脂肪酸酰胺 硬脂酸酸酰胺 2份
表面活性剂 三苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚40EO 10份
溶剂 乙二醇丁醚 2份
溶剂 乙酸丁酯 1份
增稠剂 BYK-7420 0.5份
水 去离子水 56.5份
制备方法如下：
将12重量份E-44、4重量份XCPA-195、2重量份硬脂酸酰胺，一起投入反应釜中，升高温度至140℃，搅拌分散1小时，搅拌速度为800rpm。降低体系温度至90℃，将2重量份乙二醇丁醚、1重量份乙酸丁酯、12重量份N740S和10重量份三苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚40EO，一起投入反应釜中，搅拌分散1小时，搅拌速度为1000rpm，获得纤维用上浆剂组成物。然后，将体系温度降低至70℃，接着向该纤维用上浆剂组成物中滴加50重量份的水，滴加时间为0.5小时，搅拌速度为1500rpm，继续搅拌分散1小时。最后，用6.5份去离子水稀释0.5份增稠剂BYK-7420，然后加入上述体系中，继续搅拌1小时，从而获得不挥发成份浓度约为40％固含量的纤维用上浆剂水性液。
实施例1
本实施例碳纤维上浆剂由按重量份计的以下组分(表4)经过热固化和光固化后制成：
表4
制备方法如下：
将24份0161(E-54)(蓝星南通星辰合成材料)，6份N-740(蓝星南通星辰合成材料)，1份丙二醇甲醚溶剂加入带有冷凝器的搅拌桶中。升高温度至90℃，搅拌分散1小时，搅拌速度800r/min，使得环氧树脂混合均匀。然后，在匀速搅拌的情况下，将8份BOM-25缓慢加入上述环氧树脂体系中，使其均匀分散于环氧树脂中，搅拌时间1小时，搅拌速度1000r/min。然后，降温至80℃，加入0.35份润湿分散剂ANTI-TERRA-250，使其均匀分散于体系中。然后，降低温度至65℃，缓慢加入50份去离子水，滴加时间为0.5小时，滴加完毕后，继续搅拌分散1小时，搅拌速度1500r/min。将上述水性环氧树脂体系降温至40℃，将0.3份IRGACURE 184(Ciba公司)和0.1份DAROCUR TPO用1份丙二醇甲醚和1份乙酸丁酯进行溶解，然后，将溶解好的引发剂加入上述环氧树脂体系中，搅拌分散0.5小时，搅拌速度1000r/min。最后，将1.0份OPTIFLO-3300用7份去离子水进行稀释，然后加入上述水性树脂体系中，搅拌分散0.5小时，搅拌速度1000r/min，得到碳纤维用水性环氧树脂上浆剂。
实施例2
本实施例碳纤维上浆剂由按重量份计的以下组分(表5)经过热固化和光固化后制成：
表5
制备方法如下：
将23份WSR618(E-51)(蓝星南通星辰合成材料)和0.7份油酸酰胺加入带有冷凝器的搅拌桶中，升高温度至150℃，搅拌反应1小时，搅拌速度600r/min。将体系温度降低至90℃，加入6份N-740S(蓝星南通星辰合成材料)和1份丙二醇甲醚溶剂，搅拌分散1小时，搅拌速度800r/min，使得环氧树脂混合均匀。然后，降低温度至80℃，在匀速搅拌的情况下，将8.5份BOM-25缓慢加入上述环氧树脂体系中，使其均匀分散于环氧树脂中，搅拌时间1小时，搅拌速度1000r/min。然后，降温至70℃，加入0.4份润湿分散剂DISPERBYK-180，使其均匀分散于体系中。然后，缓慢加入50份去离子水，滴加时间为0.5小时，滴加完毕后，继续搅拌分散2小时，搅拌速度1500r/min。将上述水性环氧树脂体系降温至25℃，将0.4份IRGACURE1173(Ciba公司)用1份丙二醇甲醚和1份乙酸丁酯进行溶解，然后，将溶解好的引发剂加入上述环氧树脂体系中，搅拌分散0.5小时，搅拌速度1000r/min。最后，将1份OPTIFLO-7500用7份去离子水进行稀释，然后加入上述水性树脂体系中，搅拌分散0.5小时，搅拌速度1000r/min，得到碳纤维用水性环氧树脂上浆剂。
实施例3
本实施例碳纤维上浆剂由按重量份计的以下组分(表6)经过热固化和光固化后制成：
表6
制备方法如下：
将24份830(蓝星南通星辰合成材料)和1份硬脂酸酰胺加入带有冷凝器的搅拌桶中，升高温度至140℃，搅拌反应1小时，搅拌速度600r/min。然后，将上述体系温度降低至90℃，加入1份丙二醇甲醚溶剂和5份N-680，搅拌分散1小时，搅拌速度800r/min，使得环氧树脂混合均匀。然后，降低温度至80℃，在匀速搅拌的情况下，将6份BOM-25和3份MPEG-MA-1000缓慢加入上述环氧树脂体系中，使其均匀分散于环氧树脂中，搅拌时间1小时，搅拌速度800r/min。然后，降温至70℃，加入0.2份润湿分散剂DISPERBYK-2010，使其均匀分散于体系中。然后，缓慢加入50份去离子水，滴加时间为0.5小时，滴加完毕后，继续搅拌分散2小时，搅拌速度1500r/min。将上述水性环氧树脂体系降温至25℃，将0.2份IRGACURE 127(Ciba公司)和0.1份IRGACURE 819(Ciba公司)用1份丙二醇甲醚和1份乙酸丁酯进行溶解，然后，将溶解好的引发剂加入上述环氧树脂体系中，搅拌分散0.5小时，搅拌速度1000r/min。最后，将0.5份BYK-7420用7份去离子水进行稀释，然后加入上述水性树脂体系中，搅拌分散0.5小时，搅拌速度1000r/min，得到碳纤维用水性环氧树脂上浆剂。
实施例4
本实施例碳纤维上浆剂由按重量份计的以下组分(表7)经过热固化和光固化后制成：
表7
制备方法如下：
将20.5份WSR618(E-51)(蓝星南通星辰合成材料)，5份N-740(蓝星南通星辰合成材料)，1份丙二醇甲醚溶剂加入带有冷凝器的搅拌桶中。升高温度至90℃，搅拌分散0.5小时，搅拌速度800r/min，使得环氧树脂混合均匀。然后，降温至80℃，在匀速搅拌的情况下，将5份BOM-25和4份BOM-60缓慢加入上述环氧树脂体系中，使其均匀分散于环氧树脂中，搅拌时间1小时，搅拌速度800r/min。然后，降温至70℃，加入0.3份润湿分散剂LACTIMON-WS，使其均匀分散于体系中。然后，缓慢加入50份去离子水，滴加时间为0.5小时，滴加完毕后，继续搅拌分散2小时，搅拌速度1500r/min。然后，将上述体系降温至50℃，加入10份Cysol6210，继续搅拌分散1小时，搅拌速度1500r/min。将上述水性树脂体系降温至30℃，加入0.5份IRGACURE 1173(Ciba公司)，搅拌分散0.5小时，搅拌速度1000r/min。最后，将0.7份BYK-425用3份去离子水进行稀释，然后加入上述水性树脂体系中，搅拌分散0.5小时，搅拌速度1000r/min，得到碳纤维用水性环氧树脂上浆剂。
碳纤维成品的性能评估结果见表8
表8
上述实施例中所制备的碳纤维上浆剂的性能采用以下方法进行测试和评价。
1.碳纤维上浆：用蒸馏水将固含量质量分数约为40％的乳液稀释至1％固含量，然后对碳纤维进行上浆，浸渍时间为15秒，上浆后，150℃烘3分钟，然后放入干燥器中备用。
2.上浆剂储存稳定性：将制得的水性碳纤维上浆剂放置于25℃、60％RH气氛下放置6个月后，观察上浆剂是否稳定，无沉降现象。
3.上浆剂使用稳定性：观察碳纤维上浆剂使用过程中，是否会出现乳液分层或破乳的现象；并测定上浆液槽上、中、下层的固含量变化(○：固含量稳定不变、△：固含量轻微变化、╳：固含量变化较大)。
4.上浆处理后的碳纤维表面亮度：肉眼观察碳纤维表面光亮程度(○：表面光亮度高、△：表面光亮度高一般、╳：表面光亮度较低)。
5.上浆处理后的碳纤维表面光滑性：用手指触摸碳纤维丝束表面爽滑程度(○：爽滑柔顺很好、△：爽滑柔顺一般、╳：轻微涩)。
6.上浆处理后的碳纤维柔软性：用手指触摸碳纤维丝束软硬程度(○：柔软、△：稍硬、╳：很硬)。
7.上浆处理后的碳纤维集束性：取一定标准长度的碳纤维，两端绕紧固定后，沿垂直于长度的方向从中伸展开纤维，之后观察单丝之间连接紧密程度和形成的网络构造以及外力消失后碳纤维的回复形状(○：集束性优异、△：集束性中等、╳：集束性稍差)。
碳纤维在生产及加工过程中，经机械摩擦容易起毛，或者出现单丝断裂等现象，使纤维强度降低。并且，由于毛丝的存在，树脂基体不能充分浸润碳纤维，在复合材料制备过程中，容易产生空隙，从而影响复合材料的力学性能。上浆就是在碳纤维表面涂层保护层，这层保护层通常为有机物。主要作用就是减少起毛断丝的现象，使碳纤维集束，改善加工性能，并起到保护作用。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明中的水性碳纤维上浆剂，主要成份由不同类别的环氧树脂和含有不饱和双键的聚氧乙烯醚类乳化剂组成。环氧树脂一般由双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂、甲酚甲醛环氧树脂组成。环氧树脂的主链结构为苯环类的化合物，具有一定的刚性，而聚氧乙烯醚类乳化剂的主链结构一般为重复性的碳碳氧类化合物，具有一定的柔韧性。一般而言，酚醛环氧树脂和甲酚甲醛环氧树脂的刚性和官能度高于双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂，因此，酚醛环氧树脂和甲酚甲醛环氧树脂的硬度和脆性高于双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂。通过不同种类环氧树脂和聚氧乙烯醚类乳化剂之间的搭配，可以达到调整上浆剂的硬度、韧性、爽滑性、集束性等性能的目的。
高分子量的聚氧乙烯醚类乳化剂由于其特有的柔软性，可以提供碳纤维更好的柔顺性和表面更好的爽滑性。中小分子量的双酚A型和双酚F环氧树脂搭配高分子量的聚氧乙烯醚类乳化剂，可以使得碳纤维具有较好的集束性和表面爽滑性。由上述两种组分组成的上浆剂对碳纤维进行上浆后，由于两种组分的硬度较低，高温烘干后，手指触摸碳纤维表面有轻微粘手的状况。因此，需要搭配硬度较高和表干性较好的酚醛环氧树脂和甲酚甲醛环氧树脂，使得体系的硬度微微提升，以达到烘干后手触表干不粘手的状态。如果硬度较高的酚醛环氧树脂和甲酚甲醛环氧树脂的添加量太大，则会造成烘干后的碳纤维丝束脆性增加，不利于下一步的纺织工序。因此，上述三种成份的搭配显得尤为重要。
本发明中的水性乳化剂含有不饱和双键，经过紫外光固化步骤后，不饱和双键发生反应，乳化剂之间发生交联，且将环氧树脂紧密的包裹住，不易从上浆剂体系中游离出来。相比之下，传统的水性碳纤维上浆剂中的乳化剂，由于不具有反应性，容易从上浆剂中游离出来，从而影响碳纤维表面的界面性能，且在复合材料制备过程中，容易影响与碳纤维表面复合树脂的结合性，从而影响复合材料的力学性能。
本发明通过亲水性优异的乳化剂将环氧树脂稳定的分散于去离子水中，从而获得性能稳定、储存稳定的碳纤维上浆剂。并且，该类型的乳化剂具有不饱和双键，可以参与自由基固化反应，与环氧树脂紧密结合。传统的水性碳纤维上浆剂一般为热固化型上浆剂，本发明中的水性碳纤维上浆剂为热固化和光固化结合型的上浆剂。该水性碳纤维上浆剂可以只进行热固化，不进行光固化，从而获得与传统上浆剂相似性能；也可以在完成热固化操作后，进一步进行光固化步骤，从而获得更加优异的性能。因此，本发明所介绍的水性碳纤维上浆剂，具有较大的工业化生产效益和良好的应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种水性碳纤维上浆剂，其特征在于，所述水性碳纤维上浆剂由按重量份计的以下组分制成：
2.根据权利要求1所述的水性碳纤维上浆剂，其特征在于，所述环氧树脂的添加量为22～35重量份，优选为25～30重量份；
优选的，所述亲水性乳化剂的添加量为5～10重量份，更优选为6～8重量份；
优选的，所述水性聚氨酯乳液的添加量为2～15重量份，更优选为3～10重量份；
优选的，所述高级脂肪酸酰胺的添加量为1～3重量份，更优选为1.5～2重量份；
优选的，所述光引发剂的添加量为0.2～2重量份，更优选为0.5～1重量份；
优选的，所述水性润湿分散剂的添加量为0.1～3重量份，更优选为0.2～1重量份；
优选的，所述增稠剂的添加量为0.2～3重量份，更优选为0.5～1重量份；
优选的，所述溶剂的添加量为0.5～3重量份，更优选为1～2重量份；
优选的，所述去离子水的添加量为40～60重量份，更优选为45～50重量份；
优选的，所述环氧树脂与所述溶剂的添加量重量比为100：2～30，优选为100：3～20，更优选为100：4～10；
优选的，所述环氧树脂与所述高级脂肪酸酰胺的添加量重量比为100：1～20，优选:为100：2～10，更优选为100：3～5。
3.根据权利要求1所述的水性碳纤维上浆剂，其特征在于，所述环氧树脂选自由双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、甲酚甲醛型环氧树脂、苯酚酚醛型环氧树脂和缩水甘油醚型环氧树脂组成的组中的一种或多种；
优选的，所述亲水性乳化剂包括反应型亲水性乳化剂和非反应型亲水性乳化剂，其中，所述反应型亲水性乳化剂占所述亲水性乳化剂的重量百分率为50～100％；
优选的，所述反应型亲水性乳化剂为三苯乙烯苯酚聚乙二醇甲基丙烯酸酯、烷氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯中的一种或多种；优选的，所述非反应型亲水性乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚、多芳基聚醚、三苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚中的一种或多种；优选的，所述非反应型亲水性乳化剂为聚乙二醇、聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇单酯类中的一种或多种的混合物，分子量为400～20000；优选的，所述亲水性乳化剂还可选自由壬基酚型非离子乳化剂、壬基酚型阴离子乳化剂、磷酸酯型阴离子乳化剂、非壬基酚型非离子乳化剂和非壬基酚型阴离子乳化剂组成的组中的一种或多种；
优选的，所述水性聚氨酯乳液为水分散型聚氨酯树脂或水乳液型聚氨酯树脂；
优选的，所述高级脂肪酸酰胺为脂肪族单羧酸酰胺和/或脂肪族二羧酸酰胺，更优选的，所述脂肪族单羧酸酰胺选自由油酸酰胺、硬脂酸酰胺、芥子酸酰胺、月硅酸酰胺、棕榈酸酰胺、蓖麻油酸酰胺和羟基硬脂酸酰胺组成的组中的一种或多种；所述脂肪族二羧酸酰胺选自由亚乙基二硬脂酸酰胺、亚乙基二月硅酸酰胺、亚乙基二油酸酰胺、亚乙基二异硬脂酸酰胺、亚乙基二羟基硬脂酸酰胺和六亚甲基二硬脂酸酰胺组成的组中的一种或多种；
优选的，所述光引发剂为裂解型引发剂和/或夺氢型引发剂；更优选的，所述裂解型引发剂选自由2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、1,1'-(亚甲基二-4,1-亚苯基)双[2-羟基-2-甲基-1-丙酮]、2-甲基-1-[-4-甲硫基)苯基]-2-吗啉基-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、安息香双甲醚、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮和苯甲酰基衍生物组成的组中的一种或多种，所述夺氢型引发剂选自由二苯甲酮、4-苯甲酰基-4'-甲基-二苯硫醚、2-苯甲酰基苯甲酸甲酯、异丙基硫杂嗯酮(2,4异构体混合物)和4-(N,N-二甲氨基)苯甲酸乙酯组成的组中的一种或多种；
优选的，所述水性润湿分散剂选自由高分子量酸性聚合物的烷基醇胺盐、丙烯酸类共聚物、含有颜料亲和机关的结构化共聚物、低分子量多元羟酸聚合物的烷羟基胺盐、带酸性基团的高分子共聚酯的烷醇胺、多官能基聚合体的烷醇胺、多官能基聚合体的烷基铵盐、含颜料亲和基团高分子共聚体和带有颜料亲和基团的丙烯酸共聚物组成的组中的一种或多种；
优选的，所述增稠剂选自由聚羟基羧酸酰胺溶液、改性脲溶液、脲改性聚氨酯溶液、高度分支结构的聚氨酯溶液组成的组中的一种或多种；
优选的，所述溶剂选自由丙二醇甲醚、乙二醇丁醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二丁醚、丙酮、丁酮和乙酸丁酯组成的组中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的水性碳纤维上浆剂，其特征在于，所述水性碳纤维上浆剂上浆后需进行热固化和紫外光固化。
5.根据权利要求4所述的水性碳纤维上浆剂，其特征在于，所述热固化的温度为100～160℃，优选130～150℃；所述紫外光固化中紫外线的照射光量为200～1000mj/m2，优选地，所述紫外线的照射光量为600～800mj/m2。
6.一种如权利要求1至5中任一项所述的水性碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于，包括：称取以下重量份的组分：
将上述组分混合均匀制备得到所述水性碳纤维上浆剂。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述水性碳纤维上浆剂的制备方法具体包括以下步骤：
S1，将所述环氧树脂加入适量所述溶剂搅拌混合均匀，得到第一环氧树脂体系；
S2，向所述第一环氧树脂体系中加入所述亲水性乳化剂，搅拌均匀后加入所述水性润湿分散剂，得到第二环氧树脂体系；
S3，向所述第二环氧树脂体系中加入去离子水进行分散，然后加入用剩余部分所述溶剂溶解的所述光引发剂，得到第三环氧树脂体系；
S4，将所述增稠剂用去离子水稀释后加入所述第三环氧树脂体系，搅拌均匀，得到所述水性碳纤维上浆剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述S1包括，所述环氧树脂和适量所述溶剂在带有冷凝器的搅拌装置中混合均匀，温度升至60～90℃，搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1500r/min，得到所述第一环氧树脂体系；
优选的，所述S2包括，在匀速搅拌的情况下，向所述第一环氧树脂体系中加入所述亲水性乳化剂，搅拌时间0.5～2小时，搅拌速度500～1500r/min，然后，降温至60～90℃，加入所述水性润湿分散剂，得到第二环氧树脂体系；
优选的，所述S3包括，将所述第二环氧树脂体系降低温度至60～90℃，缓慢加入50份去离子水，滴加时间为0.5～2小时，滴加完毕后，继续搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度1000～3000r/min，将所述第二环氧树脂体系降温至25～40℃，然后加入用剩余部分所述溶剂溶解的所述光引发剂，搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1500r/min，得到第三环氧树脂体系；
优选的，所述S4中，搅拌分散的时间为0.5～2小时，搅拌速度为500～1500r/min。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，当所述高级脂肪酸酰胺添加量不为0时，所述S1包括，将所述部分环氧树脂和所述高级脂肪酸酰胺在带有冷凝器的搅拌装置中混合均匀，温度升至130～150℃，搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1000r/min，将体系温度降低至60～90℃，加入剩余部分所述环氧树脂和部分所述溶剂，搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1500r/min，得到所述第一环氧树脂体系；
优选的，当所述水性聚氨酯乳液添加量不为0时，所述S3中，加入所述光引发剂之前还包括，将体系降温至45～70℃，加入所述水性聚氨酯乳液继续搅拌分散0.5～2小时，搅拌速度500～1500r/min。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂的添加量为22～35重量份，优选为25～30重量份；
优选的，所述亲水性乳化剂的添加量为5～10重量份，更优选为6～8重量份；
优选的，所述水性聚氨酯乳液的添加量为2～15重量份，更优选为3～10重量份；
优选的，所述高级脂肪酸酰胺的添加量为1～3重量份，更优选为1.5～2重量份；
优选的，所述光引发剂的添加量为0.2～2重量份，更优选为0.5～1重量份；
优选的，所述水性润湿分散剂的添加量为0.1～3重量份，更优选为0.2～1重量份；
优选的，所述增稠剂的添加量为0.2～3重量份，更优选为0.5～1重量份；
优选的，所述溶剂的添加量为0.5～3重量份，更优选为1～2重量份；
优选的，所述去离子水的添加量为40～60重量份，更优选为45～50重量份。
11.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂选自由双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、甲酚甲醛型环氧树脂、苯酚酚醛型环氧树脂和缩水甘油醚型环氧树脂组成的组中的一种或多种；
优选的，所述亲水性乳化剂包括反应型亲水性乳化剂和非反应型亲水性乳化剂，其中，所述反应型亲水性乳化剂占所述亲水性乳化剂的重量百分率为50～100％；
优选的，所述反应型亲水性乳化剂为三苯乙烯苯酚聚乙二醇甲基丙烯酸酯、烷氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯中的一种或多种；
优选的，所述非反应型亲水性乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚、多芳基聚醚、三苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚中的一种或多种；
优选的，所述非反应型亲水性乳化剂为聚乙二醇、聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇单酯类中的一种或多种的混合物，分子量为400～20000；
优选的，所述亲水性乳化剂还可选自由壬基酚型非离子乳化剂、壬基酚型阴离子乳化剂、磷酸酯型阴离子乳化剂、非壬基酚型非离子乳化剂和非壬基酚型阴离子乳化剂组成的组中的一种或多种；
优选的，所述水性聚氨酯乳液为水分散型聚氨酯树脂或水乳液型聚氨酯树脂；
优选的，所述高级脂肪酸酰胺为脂肪族单羧酸酰胺和/或脂肪族二羧酸酰胺，更优选的，所述脂肪族单羧酸酰胺选自由油酸酰胺、硬脂酸酰胺、芥子酸酰胺、月硅酸酰胺、棕榈酸酰胺、蓖麻油酸酰胺和羟基硬脂酸酰胺组成的组中的一种或多种；所述脂肪族二羧酸酰胺选自由亚乙基二硬脂酸酰胺、亚乙基二月硅酸酰胺、亚乙基二油酸酰胺、亚乙基二异硬脂酸酰胺、亚乙基二羟基硬脂酸酰胺和六亚甲基二硬脂酸酰胺组成的组中的一种或多种；
优选的，所述光引发剂为裂解型引发剂和/或夺氢型引发剂；更优选的，所述裂解型引发剂选自由2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、1,1'-(亚甲基二-4,1-亚苯基)双[2-羟基-2-甲基-1-丙酮]、2-甲基-1-[-4-甲硫基)苯基]-2-吗啉基-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、安息香双甲醚、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮和苯甲酰基衍生物组成的组中的一种或多种，所述夺氢型引发剂选自由二苯甲酮、4-苯甲酰基-4'-甲基-二苯硫醚、2-苯甲酰基苯甲酸甲酯、异丙基硫杂嗯酮(2,4异构体混合物)和4-(N,N-二甲氨基)苯甲酸乙酯组成的组中的一种或多种；
优选的，所述水性润湿分散剂选自由高分子量酸性聚合物的烷基醇胺盐、丙烯酸类共聚物、含有颜料亲和机关的结构化共聚物、低分子量多元羟酸聚合物的烷羟基胺盐、带酸性基团的高分子共聚酯的烷醇胺、多官能基聚合体的烷醇胺、多官能基聚合体的烷基铵盐、含颜料亲和基团高分子共聚体和带有颜料亲和基团的丙烯酸共聚物组成的组中的一种或多种；
优选的，所述增稠剂选自由聚羟基羧酸酰胺溶液、改性脲溶液、脲改性聚氨酯溶液、高度分支结构的聚氨酯溶液组成的组中的一种或多种；
优选的，所述溶剂选自由丙二醇甲醚、乙二醇丁醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二丁醚、丙酮、丁酮和乙酸丁酯组成的组中的一种或多种。
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