CN109722742A - 一种聚苯硫醚树脂基复合材料用碳纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚苯硫醚树脂基复合材料用碳纤维及其制备方法。其制备过程包括依次聚合、纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、水洗、上浆前干燥、上浆、上浆后干燥和卷绕收丝的生产工序。其中：上浆时采用聚苯硫醚树脂基悬浮液上浆剂；所述聚苯硫醚树脂基悬浮液上浆剂由聚苯硫醚树脂粉末、聚丙烯酸钠、聚乙二醇和去离子水组成；按照固体组分的总质量为100％，聚苯硫醚树脂粉末占65～75wt％，聚丙烯酸钠占12～17wt％，聚乙二醇占13～18wt％。本发明所制备的碳纤维适用于制备聚苯硫醚树脂基复合材料，所制备的复合材料力学性能优异，两相界面结合能力高，耐温性好。

Description

一种聚苯硫醚树脂基复合材料用碳纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于碳纤维制备技术领域，特别涉及一种聚苯硫醚树脂基复合材料用碳纤维及其制备方法。

背景技术

聚苯硫醚是一种新型高性能热塑性树脂，其结构中具有交互整齐排列的硫原子与苯环的重复单元，赋予聚苯硫醚相关产品高机械强度、高耐高温、耐化学药品性、难燃、热稳定性、电性能优良等诸多特点。以聚苯硫醚树脂作为基体，以碳纤维作为增强相制备的复合材料，结合了碳纤维和聚苯硫醚两种高性能材料的各自特点，工程应用前景广阔。

碳纤维增强聚苯硫醚树脂的界面性能是影响复材的重要因素，只有碳纤维与聚苯硫醚树脂的相互作用力强，界面结合性能良好，不滑移脱粘，才能充分发挥两种材料的综合优势。目前碳纤维多采用环氧树脂基乳液型碳纤维上浆剂，这是针对环氧树脂等热固性树脂开发的一类改性材料，其与聚苯硫醚树脂的两相结合能力一般。同时，环氧树脂中存在大量高活性环氧基团，在聚苯硫醚基复材加工制备加工处理过程中易开环反应，导致纤维样品老化固化，产生局部团聚或变硬，难以铺展扩幅，造成高粘度聚苯硫醚树脂向碳纤维束内部流动的阻力变大，浸渍成型困难。纤维容易和基体树脂产生严重变形滑脱等问题，难以发挥复材的优异性能。因此，需要针对性开发一类能够和聚苯硫醚树脂具有良好加工性和界面结合能力的专用碳纤维。

专利201210494566.5公开了一种可改进碳纤维与热塑性PPS基体树脂界面结合力的乳液型碳纤维用上浆剂，该上浆剂是由环氧树脂、改性剂、水、表面活性剂和无机铵盐制备得到，所采用的改性剂与聚苯硫醚有类似或者相同的结构单元。但该上浆剂改性剂分子量小，添加的比例有限，对碳纤维与聚苯硫醚树脂两相界面的改善效果有限；同时上浆剂主体仍为大量的环氧树脂，在加工过程中的老化硬化现象难以避免。

发明内容

为解决目前碳纤维增强聚苯硫醚树脂基复合材料工业应用中出现的各种问题，本发明提出一种适用于聚苯硫醚树脂基复合材料的碳纤维及其制备方法，该方法包括聚合、纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、水洗、上浆前干燥、上浆、上浆后干燥、卷绕收丝生产工序。本发明在上浆工艺中引入了以聚苯硫醚树脂粉末为主体、以聚丙烯酸钠为主分散剂、以聚乙二醇为稳定助剂、采用物理搅拌混合方法制备的新型悬浮液类碳纤维上浆剂，解决了聚苯硫醚基体树脂浸渍不良和纤维老化变硬等问题。在上浆工艺中引入上浆前红外辐射加热工艺，在上浆后干燥工序中引入卧式热风烘干箱烘干工艺，解决了聚苯硫醚树脂悬浮液上浆剂在碳纤维表面铺展的均匀性和纤维烘干等问题。

采用本发明所述方法制备的碳纤维表面涂覆由聚苯硫醚树脂为主体制备的上浆剂，不含环氧树脂或其他树脂组分，适用于制备聚苯硫醚树脂基复合材料。所制备的碳纤维可根据后续加工需要调整上浆量和收丝幅宽，减少后道加工应用的材料用量和加工难度，碳纤维预浸料、织物等产品的均匀性和稳定性好。所制备的复合材料力学性能优异，两相界面结合能力高，耐温性好。

本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种聚苯硫醚树脂基复合材料用碳纤维的制备方法，其制备过程包括依次聚合、纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、水洗、上浆前干燥、上浆、上浆后干燥和卷绕收丝的生产工序；其中：上浆在浸渍式上浆槽中进行，上浆剂采用聚苯硫醚树脂基悬浮液上浆剂；所述聚苯硫醚树脂基悬浮液上浆剂由聚苯硫醚树脂粉末、聚丙烯酸钠、聚乙二醇和去离子水组成；固体组分占聚苯硫醚树脂基悬浮液上浆剂的质量含量为5％～30％；按照固体组分的总质量为100％，聚苯硫醚树脂粉末占65～75wt％，聚丙烯酸钠占12～17wt％，聚乙二醇占13～18wt％。

本发明中，所述聚苯硫醚树脂基悬浮液上浆剂的制备方法如下：首先将聚苯硫醚树脂粉末和聚丙烯酸钠按比例投入混合容器中，加入去离子水，待加水量达到聚苯硫醚树脂粉末和聚丙烯酸钠总投料量30～40wt％时，开启机械搅拌，并继续加入剩余量的水；控制搅拌转速100～300rpm，搅拌30～50min进行均质分散，得到均匀白色乳状液；然后将上述物料转移至装有高速乳化器的闭口装置中，加入定量的聚乙二醇，使上述所有固体组分在悬浮液上浆剂中的质量百分比为5％～30％；最后开启高速乳化机，以4000～8000rpm转速继续搅拌5～25min，得到均匀稳定的乳白色悬浮液上浆剂；再通过供料泵将上浆剂转移到上浆槽中，开启上浆槽循环泵，使上浆剂在上浆槽中缓慢流动。

本发明中，聚苯硫醚树脂粉末的数均分子量在2.0万～3.5万之间，平均直径在10～60微米之间。

本发明中，聚苯硫醚树脂粉末的数均分子量优选在2.5万～3.0万之间，平均直径优选在20～40微米之间。

本发明中，聚丙烯酸钠的数均分子量在1000～5000之间；聚乙二醇的数均分子量在5000～15000之间。

本发明中，聚丙烯酸钠的数均分子量优选在2000～4000之间；聚乙二醇的数均分子量优选在7000～12000之间。

本发明中，预氧化在氧化炉中进行，氧化炉有5个温区，温度控制分别为0～240℃、0～250℃、0～260℃、0～270℃、0～280℃。

本发明中，低温碳化在低温碳化炉中进行，低温碳化炉有5个温区，温度控制分别为0～600℃、0～650℃、0～750℃、0～850℃、0～950℃；高温碳化在高温碳化炉中进行，高温碳化炉有5个温区，温度控制分别为0～1300℃、0～1400℃、0～1400℃、0～1500℃、0～1600℃。

本发明中，上浆前干燥采用红外辐射加热工艺，上浆后干燥采用卧式热风烘干箱烘干的干燥工艺。

本发明还提供一种上述的制备方法得到的聚苯硫醚树脂基复合材料用碳纤维。

本发明采用乳液型环氧树脂基上浆剂进行碳纤维上浆时，由于环氧树脂的软化温度较低，因此不能采用过高的干燥温度。在干燥温度和干燥时间受限制的条件下，采用乳液型环氧树脂基上浆剂制备碳纤维的上浆量不能太高，否则会造成上浆纤维难以烘干，表面含有大量水分，影响后道加工应用，同时也限制了碳纤维必须制备成集束状纤维。

与采用乳液型环氧树脂基上浆剂相比较，本发明所制备的碳纤维采用上浆前红外辐射加热工艺、上浆后卧式热风烘干箱烘干的干燥工艺。采用上浆前红外辐射加热干燥工艺，可以在碳纤维进入上浆槽前，快速去除碳纤维丝束中每根碳纤维的水分，保持碳纤维含水率的一致性。使碳纤维进入上浆槽后，上浆剂能够快速的浸渍到纤维束内部，提高纤维上浆量和上浆速度；同时可以保证上浆剂与每根碳纤维具有相同的浸润吸附能力，保证上浆效果更为均匀稳定，避免因含水率不一致导致的反润湿现象。采用上浆后卧式热风烘干箱烘干的干燥工艺，可以确保上浆碳纤维在张力控制下能够更快的完成干燥，降低工艺难度和能耗，使纤维铺展成均匀带状纤维。采用上述方法制备的上浆碳纤维，上浆量高低可控，可以减少预浸料加工时树脂膜的用量，提高产品整体经济性。丝束宽度可以通过上浆量、烘干工艺参数调节等灵活控制，可应用于各种不同类型的再加工设备和工艺，增加产品工艺适用性。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明所述的一种聚苯硫醚树脂基复合材料用碳纤维，采用以聚苯硫醚树脂粉末为主体、以聚丙烯酸钠为主分散剂、以聚乙二醇为稳定助剂、采用物理搅拌混合方法制备的新型悬浮液类碳纤维上浆剂，解决了聚苯硫醚基体树脂浸渍不良和纤维老化变硬等问题。制备简便，产品经济性和稳定性满足工业应用需求。

(2)本发明所述的一种聚苯硫醚树脂基复合材料用碳纤维的制备过程中，在上浆工艺中引入上浆前红外辐射加热工艺、上浆后卧式热风烘干箱烘干的干燥工艺，解决了聚苯硫醚树脂悬浮液上浆剂在碳纤维表面铺展的均匀性和纤维烘干等问题。

(3)采用本发明所述方法制备的碳纤维表面不含环氧树脂或其他树脂组分，适用于制备聚苯硫醚树脂基复合材料。所制备的碳纤维可根据后续加工需要调整上浆量和收丝幅宽，减少后道加工应用的材料用量和加工难度，碳纤维预浸料、织物等产品的均匀性和稳定性好。所制备的复合材料力学性能优异，两相界面结合能力高，耐温性好。

具体实施方式

下面结合具体实施例，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。

对比例1

对比例1是一种45K碳纤维的制造方法，具体过程包括聚合、纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、水洗、上浆前干燥、上浆、上浆后干燥、卷绕收丝生产工序。对比例1的具体过程与实施例1～4的具体过程相同，其中聚合、预氧化、低温碳化、高温碳化、上浆的参数不同。

步骤1：聚合。所述聚合生产工序与实施例1～4步骤1所描述的方法相同，采用硫氰酸钠水溶液为溶剂进行溶液聚合，其中聚合生产工序改变的参数是溶液聚合反应的共聚单体配比不同，丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、衣康酸钠的重量比为92.2:6.5:1.3，总聚合单体的进料浓度为25.5wt％，引发剂采用偶氮二异丁腈，偶氮二异丁腈用量以所有聚合单体总量计为0.63wt％。聚合反应温度83℃，反应时间为100分钟。然后把制得的聚合浆液，经脱单、脱泡后，制成纺丝用的聚丙烯腈原液。

步骤2：纺丝。所述纺丝生产工序与实施例1～4步骤2所描述的方法。

步骤3：预氧化。所述预氧化生产工序与实施例1～4步骤3所描述的方法相同。其中预氧化生产工序改变的参数是1号氧化炉、2号氧化炉、3号氧化炉、4号氧化炉、5号氧化炉炉区温度分别为234℃、243℃、250℃、259℃、265℃。氧化炉各温区之间的牵伸倍数分别为4.2％、4％、0％、-1％、-1％。

步骤4：低温碳化。所述低温碳化生产工序与实施例1～4步骤4所描述的方法相同。其中低温碳化生产工序改变的参数是低温碳化炉第1区、第2区、第3区、第4区、第5区温度控制分别为475℃、560℃、660℃、755℃、810℃。控制牵伸倍数为6.8％。

步骤5：高温碳化。所述高温碳化生产工序与实施例1～4步骤5所描述的方法相同。其中高温碳化生产工序改变的参数是高温碳化炉第1区、第2区、第3区、第4区、第5区温度控制分别为1030℃、1210℃、1290℃、1370℃、1440℃。控制牵伸倍数为-5.5％。

步骤6：表面处理。所述表面处理生产工序与实施例1～4步骤6所描述的方法相同。

步骤7：水洗、上浆前干燥。所述水洗、上浆前干燥生产工序与实施例1～4步骤7所描述的方法相同。

步骤8：上浆和上浆后干燥、卷绕收丝。所述上浆后干燥、卷绕收丝生产工序与实施例1～4步骤8所描述的方法相同。上浆剂采用改性双酚A环氧树脂/阴离子表面活性剂制备的SP-1S型乳液碳纤维上浆剂(中科院上海有机所产)，上浆剂浓度3.8％，卷绕收丝制备得到45K上浆碳纤维。

对比例2

对比例2是一种50K碳纤维的制造方法，具体过程包括聚合、纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、水洗、上浆前干燥、上浆、上浆后干燥、卷绕收丝生产工序。对比例2的具体过程与实施例1～4的具体过程相同，其中聚合、预氧化、低温碳化、高温碳化、上浆的参数不同。

步骤1：聚合。所述聚合生产工序与实施例1～4步骤1所描述的方法相同，采用硫氰酸钠水溶液为溶剂进行溶液聚合，其中聚合生产工序改变的参数是溶液聚合反应的共聚单体配比不同，丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、衣康酸钠的重量比为91.8:6.6:1.6，总聚合单体的进料浓度为25wt％，引发剂采用偶氮二异丁腈，偶氮二异丁腈用量以所有聚合单体总量计为0.6wt％。聚合反应温度82℃，反应时间为95分钟。然后把制得的聚合浆液，经脱单、脱泡后，制成纺丝用的聚丙烯腈原液。

步骤2：纺丝。所述纺丝生产工序与实施例5～8步骤2所描述的方法。

步骤3：预氧化。所述预氧化生产工序与实施例1～4步骤3所描述的方法相同。其中预氧化生产工序改变的参数是1号氧化炉、2号氧化炉、3号氧化炉、4号氧化炉、5号氧化炉炉区温度分别为233℃、243℃、250℃、258℃、264℃。氧化炉各温区之间的牵伸倍数分别为4％、3.8％、0％、-1％、-1％。

步骤4：低温碳化。所述低温碳化生产工序与实施例1～4步骤4所描述的方法相同。其中低温碳化生产工序改变的参数是低温碳化炉第1区、第2区、第3区、第4区、第5区温度控制分别为470℃、555℃、650℃、750℃、810℃。控制牵伸倍数为6.5％。

步骤5：高温碳化。所述高温碳化生产工序与实施例1～4步骤5所描述的方法相同。其中高温碳化生产工序改变的参数是高温碳化炉第1区、第2区、第3区、第4区、第5区温度控制分别为1030℃、1200℃、1280℃、1360℃、1430℃。控制牵伸倍数为-5.2％。

步骤6：表面处理。所述表面处理生产工序与实施例5～8步骤6所描述的方法相同。

步骤7：水洗、上浆前干燥。所述水洗、上浆前干燥生产工序与实施例5～8步骤7所描述的方法相同。

步骤8：上浆和上浆后干燥、卷绕收丝。所述上浆后干燥、卷绕收丝生产工序与实施例5～8步骤8所描述的方法相同。上浆剂采用双酚A环氧树脂+双酚F环氧树脂/非离子表面活性剂制备的SP-4型乳液碳纤维上浆剂(中科院上海有机所产)，上浆剂浓度2.7％，卷绕收丝制备得到50K上浆碳纤维。

实施例1～4

本实施例1～4是一种适用于聚苯硫醚树脂基复合材料的45K碳纤维的制造方法，包括聚合、纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、水洗、上浆前干燥、上浆、上浆后干燥、卷绕收丝生产工序。具体过程如下：

步骤1：聚合。

采用硫氰酸钠水溶液为溶剂进行溶液聚合，以丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、衣康酸钠为聚合单体，丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、衣康酸钠的重量比为91.5:5.7:2.8，总聚合单体的进料浓度为24wt％，同时加入引发剂偶氮二异丁腈，引发剂用量以所有聚合单体总量计为0.55wt％，聚合反应温度81℃，反应时间为92分钟。

以浓度为55.6wt％的硫氰酸钠水溶液为溶剂，采用连续溶液聚合工艺制备聚合浆液，经脱单、脱泡后，制成聚丙烯腈原液。

步骤2：纺丝。

采用硫氰酸钠(NaSCN)湿法纺丝生产方法，将聚丙烯腈原液通过凝固成形、冷牵伸、水洗、热牵伸、上油、干燥、蒸汽牵伸、定型，制得原丝。喷丝板孔径0.058mm、喷丝板孔数45000个、凝固成形温度-0.5℃、凝固浴流量7500L/小时、凝固浴浓度13.5％；冷牵伸的牵伸倍数2.3倍；水洗温度50℃，水洗流量4000L/小时；热牵伸温度90℃，热牵伸的牵伸倍数5.8倍；上油油剂浓度2.3％；干燥温度140℃；蒸汽牵伸倍数2.2倍，蒸汽压力200KPa；定型温度122℃。

步骤3：预氧化。

原丝依次穿过1号氧化炉、2号氧化炉、3号氧化炉、4号氧化炉、5号氧化炉进行预氧化处理。1号氧化炉、2号氧化炉、3号氧化炉、4号氧化炉、5号氧化炉炉区温度分别为232℃、240℃、249℃、256℃、262℃。氧化炉各温区之间的牵伸倍数分别为4％、3.2％、0％、-1％、-1％。每个氧化炉停留时间15分钟，预氧化总时间为75min。

步骤4：低温碳化。

5号氧化炉出口的预氧丝经过牵引装置进入低温碳化炉，以氮气为介质，进行低温碳化，制得低温碳化丝。低温碳化炉第1区、第2区、第3区、第4区、第5区温度控制分别为455℃、540℃、640℃、735℃、800℃。控制牵伸倍数为6％，在低温碳化炉中总停留时间为1.8min。

步骤5：高温碳化。

低温碳化炉出口的丝束经过牵引装置进入高温碳化炉，以氮气为介质，进行高温碳化，制得高温碳化丝。高温碳化炉第1区、第2区、第3区、第4区、第5区温度控制分别为1020℃、1180℃、1260℃、1340℃、1420℃。控制牵伸倍数为-5.0％，在高温碳化炉中总停留时间为1.8min。

步骤6：表面处理。

高温碳化炉出口的丝束经过牵引装置进入表面处理槽，以碳酸氢铵水溶液为电解液，电压为22V，电解液浓度为12.5％，丝束在电解液中停留时间为4min。

步骤7：水洗、上浆前干燥。

表面处理后丝束依次穿过水洗槽、红外辐射加热干燥机，对丝束进行水洗和上浆前红外辐射干燥。水洗流量2200L/小时，水洗温度40℃。红外辐射加热干燥机的碳中波红外辐射器与碳纤维之间的高度距离70mm、功率密度42KW/m²、烘干时间15S时，碳纤维丝束含水率在60％。

步骤8：上浆和上浆后干燥、卷绕收丝。

将聚苯硫醚树脂粉末和聚丙烯酸钠按照一定比例依次投入混合容器中，逐渐加入定量的去离子水，待加水量达到聚苯硫醚树脂粉末和聚丙烯酸钠总投料量35wt％时，开启机械搅拌，并继续加入剩余量的水；控制搅拌转速100～300rpm，搅拌30～50min进行均质分散，得到均匀白色乳状液。将上述物料转移至装有高速乳化器的闭口装置中，加入定量的聚乙二醇，然后开启高速乳化机，以4000～8000rpm转速继续搅拌5～25min，得到均匀稳定的乳白色悬浮液上浆剂。然后通过供料泵将上浆剂转移到上浆槽中，开启上浆槽循环泵，使上浆剂在上浆槽中缓慢流动。

红外辐射加热干燥机出口的碳纤维丝束，直接引入上浆槽中进行上浆，上浆后的碳纤维进入卧式热风烘干箱进行干燥，温度150℃。上浆干燥后的碳纤维进入碳纤维卷绕机，在2300～2450cN张力下卷绕收丝制得适用于聚苯硫醚树脂基复合材料的45K碳纤维。

实施例5～8

本实施例5～8是一种适用于聚苯硫醚树脂基复合材料的50K碳纤维的制造方法，具体过程包括聚合、纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、水洗、上浆前干燥、上浆、上浆后干燥、卷绕收丝生产工序。本实施例的具体过程与实施例1～4的具体过程相同，其中纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、上浆的参数不同。

步骤1：聚合。所述聚合生产工序与实施例1～4步骤1所描述的方法相同，采用硫氰酸钠水溶液为溶剂进行溶液聚合，其中聚合生产工序改变的参数是溶液聚合反应的共聚单体配比不同，丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、衣康酸钠的重量比为90.7:4.3:5.0，总聚合单体的进料浓度为22wt％，引发剂采用偶氮二异丁腈，偶氮二异丁腈用量以所有聚合单体总量计为0.43wt％。聚合反应温度80℃，反应时间为90分钟。然后把制得的聚合浆液，经脱单、脱泡后，制成纺丝用的聚丙烯腈原液。

步骤2：纺丝。所述纺丝生产工序与实施例1～4步骤2所描述的方法相同，纺丝工序参数有所不同。喷丝板孔径0.058mm、喷丝板孔数50000个、凝固成形温度-1.5℃、凝固浴流量8500L/小时、凝固浴浓度14.5％；冷牵伸的牵伸倍数2.8倍；水洗温度56℃，水洗流量5000L/小时；热牵伸温度95℃，热牵伸的牵伸倍数6.5倍；上油油剂浓度2.8％；干燥温度146℃；蒸汽牵伸倍数2.7倍，蒸汽压力230KPa；定型温度128℃。

步骤3：预氧化。所述预氧化生产工序与实施例1～4步骤3所描述的方法相同。其中预氧化生产工序改变的参数是1号氧化炉、2号氧化炉、3号氧化炉、4号氧化炉、5号氧化炉炉区温度分别为226℃、234℃、242℃、250℃、257℃。氧化炉各温区之间的牵伸倍数分别为3％、2％、0％、-1％、-1％。每个氧化炉停留时间15分钟，预氧化总时间为75min。

步骤4：低温碳化。所述低温碳化生产工序与实施例1～4步骤4所描述的方法相同。其中低温碳化生产工序改变的参数是低温碳化炉第1区、第2区、第3区、第4区、第5区温度控制分别为425℃、520℃、610℃、700℃、760℃。控制牵伸倍数为4％。在低温碳化炉中总停留时间为1.8min。

步骤5：高温碳化。所述高温碳化生产工序与实施例1～4步骤5所描述的方法相同。其中高温碳化生产工序改变的参数是高温碳化炉第1区、第2区、第3区、第4区、第5区温度控制分别为970℃、1100℃、1230℃、1300℃、1370℃。控制牵伸倍数为-2.5％。在高温碳化炉中总停留时间为1.8min。

步骤6：表面处理。所述表面处理生产工序与实施例1～4步骤6所描述的方法相同。以碳酸氢铵水溶液为电解液，电压为26V，电解液浓度为14％，丝束在电解液中停留时间为4min。

步骤7：水洗、上浆前干燥。所述水洗、上浆前干燥生产工序与实施例1～4步骤7所描述的方法相同，参数有所不同。水洗流量2800L/小时，水洗温度43℃。红外辐射加热干燥机的碳中波红外辐射器与碳纤维之间的高度距离76mm、功率密度48KW/m²、烘干时间15S时，碳纤维丝束含水率在60％。

步骤8：上浆和上浆后干燥、卷绕收丝。

所述的悬浮液上浆剂制备方法、上浆方法、干燥方法、卷绕收丝方法与实施例1～4步骤8所描述的方法相同。

红外辐射加热干燥机出口的碳纤维丝束，直接引入上浆槽中进行上浆，上浆后的碳纤维进入卧式热风烘干箱进行干燥，温度156℃。上浆干燥后的碳纤维进入碳纤维卷绕机，

在2800～3300cN张力下卷绕收丝制得适用于聚苯硫醚树脂基复合材料的50K碳纤维。

上述实施例1～8所制备的悬浮液上浆剂固体组分见表1，上浆剂组成用量和浓度见表2，上浆剂制备工艺参数见表3，所得碳纤维性能评价结果见表4。本发明采用高温上浆量测试仪对上浆碳纤维的上浆量进行测试；采用直尺对上浆碳纤维的幅宽进行测试；采用OCA20接触角测量仪测试聚醚酮树脂液滴自开始接触碳纤维到完全浸没入碳纤维内部的完全浸润时间；采用日本东荣产业公司MODEL HM410界面性能评价装置测试聚醚酮树脂与碳纤维的界面剪切强度；采用美国TA公司Q500热失重分析仪测试上浆碳纤维的热分解温度。

由实施例1～4中45K碳纤维的测试结果可见，与对比例1相比，采用悬浮液上浆剂制备得到的上浆碳纤维，纤维表面均匀涂覆了一层聚苯硫醚上浆剂，上浆量和幅宽更为均匀一致。聚苯硫醚树脂对纤维浸润时间更少，两相界面结合能力更强。耐热性能明显改善，后加工性能更优异。实施例5～8中50K碳纤维获得了同样的改善效果。

表1上浆剂固体组分

表2上浆剂组成用量和浓度

表3上浆剂制备工艺参数

表4碳纤维性能评价结果

虽然本发明已将较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明的内容，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的主要精神和内容范围内，当可作各种更动与润饰，因此发明的保护范围应以申请专利的实际权利要求范围为准。

Claims (10)

1.一种聚苯硫醚树脂基复合材料用碳纤维的制备方法，其特征在于，其制备过程包括依次聚合、纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、水洗、上浆前干燥、上浆、上浆后干燥和卷绕收丝的生产工序；其中：上浆在浸渍式上浆槽中进行，上浆剂采用聚苯硫醚树脂基悬浮液上浆剂；所述聚苯硫醚树脂基悬浮液上浆剂由聚苯硫醚树脂粉末、聚丙烯酸钠、聚乙二醇和去离子水组成；固体组分占聚苯硫醚树脂基悬浮液上浆剂的质量含量为5％～30％；按照固体组分的总质量为100％，聚苯硫醚树脂粉末占65～75wt％，聚丙烯酸钠占12～17wt％，聚乙二醇占13～18wt％。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚苯硫醚树脂基悬浮液上浆剂的制备方法如下：首先将聚苯硫醚树脂粉末和聚丙烯酸钠按比例投入混合容器中，加入去离子水，待加水量达到聚苯硫醚树脂粉末和聚丙烯酸钠总投料量30～40wt％时，开启机械搅拌，并继续加入剩余量的水；控制搅拌转速100～300rpm，搅拌30～50min进行均质分散，得到均匀白色乳状液；然后将上述物料转移至装有高速乳化器的闭口装置中，加入定量的聚乙二醇，使上述所有固体组分在悬浮液上浆剂中的质量百分比为5％～30％；最后开启高速乳化机，以4000～8000rpm转速继续搅拌5～25min，得到均匀稳定的乳白色悬浮液上浆剂；再通过供料泵将上浆剂转移到上浆槽中，开启上浆槽循环泵，使上浆剂在上浆槽中缓慢流动。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，聚苯硫醚树脂粉末的数均分子量在2.0万～3.5万之间，平均直径在10～60微米之间。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，聚苯硫醚树脂粉末的数均分子量在2.5万～3.0万之间，平均直径在20～40微米之间。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，聚丙烯酸钠的数均分子量在1000～5000之间；聚乙二醇的数均分子量在5000～15000之间。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，聚丙烯酸钠的数均分子量在2000～4000之间；聚乙二醇的数均分子量在7000～12000之间。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，预氧化在氧化炉中进行，氧化炉有5个温区，温度控制分别为0～240℃、0～250℃、0～260℃、0～270℃、0～280℃。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，低温碳化在低温碳化炉中进行，低温碳化炉有5个温区，温度控制分别为0～600℃、0～650℃、0～750℃、0～850℃、0～950℃；高温碳化在高温碳化炉中进行，高温碳化炉有5个温区，温度控制分别为0～1300℃、0～1400℃、0～1400℃、0～1500℃、0～1600℃。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，上浆前干燥采用红外辐射加热工艺，上浆后干燥采用卧式热风烘干箱烘干的干燥工艺。

10.一种根据权利要求1所述的制备方法得到的聚苯硫醚树脂基复合材料用碳纤维。