CN109722745A - 一种聚醚酰亚胺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醚酰亚胺树脂基复合材料用碳纤维及其制备方法，本发明的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：上浆时采用聚醚酰亚胺基悬浮液上浆剂；所述聚醚酰亚胺基悬浮液上浆剂由聚醚酰亚胺树脂粉末、聚丙烯酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚和去离子水组成；按照固体组分的总质量为100％，聚醚酰亚胺粉末占65～75wt％，聚丙烯酸钠占12～17wt％，烷基酚聚氧乙烯醚占13～18wt％。本发明所制备的碳纤维适用于制备聚醚酰亚胺树脂基复合材料，所制备的复合材料耐温性和界面结合能力优异，加工工艺性能良好。

Description

一种聚醚酰亚胺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，特别涉及一种聚醚酰亚胺树脂基复合材料用碳纤维及其制备方法。

背景技术

碳纤维是一种具有高强度和高模量的无机纤维，通常用作复合材料增强相，与基体树脂复合形成具有综合性能的新材料。聚醚酰亚胺是由规则交替重复的醚和酰亚胺环构成一种高性能特种工程树脂，其产品具有优异的机械性能、耐高温及尺寸稳定性，可采用大多数型式的标准注塑和挤塑设备加工，可广泛应用于耐高温电子电气、工业设备等高端制造领域。

两相界面性能是制备复合材料的关键技术，同时受到碳纤维和基体树脂两方面的综合影响。碳纤维因表面惰性及加工要求，通常在表面涂覆一层高分子树脂基上浆剂，以改善表面和工艺性能。目前常用上浆剂为环氧树脂体系乳液上浆剂，其主要存在的问题是，在长期储存过程中或高温加工工艺条件下，环氧树脂容易开环聚合导致上浆碳纤维老化变硬，增加了高粘度热塑性聚醚酰亚胺树脂向碳纤维内部铺展浸润的难度，使所制备的复材均匀性差，疵点孔洞增加，纤维和基体树脂间的结合力变弱，复材整体性能受损。采用合理的碳纤维氧化碳化技术、上浆剂组分及上浆工艺等综合技术，形成一种和聚醚酰亚胺树脂具有良好的加工性能及界面结合能力的碳纤维具有重要的工业价值。

中国专利201310041652.5公开了一种乳液型碳纤维用上浆剂，该上浆剂是由2-40％的环氧树脂、1-20％的改性剂、0-96.5％的水和0.5-15％的表面活性剂制备得到。该发明采用向传统环氧树脂体系上浆剂添加和聚酰胺、聚酰亚胺或聚醚酰亚胺树脂具有类似结构的改性剂的方法，改善上浆后碳纤维与上述树脂的界面结合力。但该类上浆剂主体仍为环氧树脂，未能解决上述高温或储存过程中存在的各种问题。

发明内容

为解决目前碳纤维增强聚醚酰亚胺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醚酰亚胺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醚酰亚胺树脂粉末为主体、以聚丙烯酸钠为主分散剂、以烷基酚聚氧乙烯醚为稳定助剂、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，解决了聚醚酰亚胺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，解决了聚醚酰亚胺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醚酰亚胺树脂为主体制备的上浆剂，不含环氧树脂或其他树脂组分，适用于制备聚醚酰亚胺树脂基复合材料。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。所制备的复合材料耐温性和界面结合能力优异，加工工艺性能良好。

本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种聚醚酰亚胺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，上浆剂采用聚醚酰亚胺树脂基悬浮液上浆剂；所述聚醚酰亚胺树脂基悬浮液上浆剂由聚醚酰亚胺树脂粉末、聚丙烯酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚和去离子水组成；固体组分占聚醚酰亚胺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％，聚醚酰亚胺粉末占65～75wt％，聚丙烯酸钠占12～17wt％，烷基酚聚氧乙烯醚占13～18wt％。

本发明中，所述聚醚酰亚胺树脂基悬浮液上浆剂的制备方法如下：首先将聚醚酰亚胺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，待加水量达到聚醚酰亚胺树脂粉末和聚丙烯酸钠总投料量20～30wt％时，开启机械搅拌，并继续加入剩余量的水；控制搅拌转速100～200rpm，搅拌20～60min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，加入定量的烷基酚聚氧乙烯醚，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3000～8000rpm转速继续搅拌10～30min，得到均匀稳定的乳白色悬浮液上浆剂。

本发明中，所述的聚醚酰亚胺树脂粉末的结构如通式(1)所示：

其中：n代表聚醚酰亚胺的聚合度。

本发明中，聚醚酰亚胺树脂粉末的数均分子量在2.5万～3.5万之间，平均直径在10～60微米之间。

本发明中，聚醚酰亚胺树脂粉末的数均分子量优选在3.0万～3.3万之间，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，所述烷基酚聚氧乙烯醚的结构通式如式(2)所示：

其中，R选自C₁₀～C₂₅烷基中任一种；聚合度m为25～45之间的整数。

本发明中，聚丙烯酸钠的数均分子量优选在2000～4000之间。

本发明中，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℃；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醚酰亚胺树脂基复合材料用碳纤维。

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，本专利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醚酰亚胺树脂基复合材料用碳纤维，采用以聚醚酰亚胺树脂粉末为主体、以聚丙烯酸钠为主分散剂、以烷基酚聚氧乙烯醚为稳定助剂、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，解决了聚醚酰亚胺基体树脂浸渍不良和纤维老化变硬等问题。制备设备和过程简便，安全性和环保性高，

(2)本发明所述的一种聚醚酰亚胺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，解决了聚醚酰亚胺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，长时储存和高温加工条件下不会产生老化变硬现象，适用于制备聚醚酰亚胺树脂基复合材料。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。所制备的复合材料耐温性和界面结合能力优异，加工工艺性能良好。

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92.2:6.0:1.8，总聚合单体的进料浓度为24.5wt％，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0.57wt％。聚合反应温度80℃，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233℃、241℃、250℃、257℃、263℃。氧化炉各温区之间的牵伸倍数分别为4％、3.5％、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460℃、550℃、650℃、745℃、800℃。控制牵伸倍数为6.2％。

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1020℃、1190℃、1270℃、1350℃、1430℃。控制牵伸倍数为-5.0％。

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。上浆剂采用双酚A环氧树脂+双酚F环氧树脂/阴离子表面活性剂制备的SP-4A型乳液碳纤维上浆剂(中科院上海有机所产)，上浆剂浓度2.2％，卷绕收丝制备得到50K上浆碳纤维。

对比例2

对比例2是一种60K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91.3:5.0:3.7，总聚合单体的进料浓度为23wt％，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0.48wt％。聚合反应温度80.5℃，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230℃、238℃、246℃、253℃、260℃。氧化炉各温区之间的牵伸倍数分别为3.5％、3％、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445℃、530℃、635℃、725℃、780℃。控制牵伸倍数为5.5％。

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1000℃、1150℃、1250℃、1320℃、1400℃。控制牵伸倍数为-4.5％。

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。上浆剂采用改性双酚A环氧树脂/阴离子表面活性剂制备的SP-1M型乳液碳纤维上浆剂(中科院上海有机所产)，上浆剂浓度3.2％，卷绕收丝制备得到60K上浆碳纤维。

实施例1～4

本实施例1～4是一种适用于聚醚酰亚胺树脂基复合材料的50K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91.5:5.2:3.3，总聚合单体的进料浓度为23.5wt％，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0.52wt％，聚合反应温度81℃，反应时间为92分钟。

以浓度为55.5wt％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。

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230℃、239℃、247℃、254℃、261℃。氧化炉各温区之间的牵伸倍数分别为3.5％、3.5％、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450℃、535℃、640℃、730℃、790℃。控制牵伸倍数为5.8％，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1010℃、1160℃、1255℃、1330℃、1410℃。控制牵伸倍数为-4.8％，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。

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。

将聚醚酰亚胺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，待加水量达到聚醚酰亚胺树脂粉末和聚丙烯酸钠总投料量25wt％时，开启机械搅拌，并继续加入剩余量的水；控制搅拌转速100～200rpm，搅拌20～60min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，加入定量的烷基酚聚氧乙烯醚，然后开启高速乳化机，以3000～8000rpm转速继续搅拌10～30min，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醚酰亚胺树脂基复合材料的50K碳纤维。

实施例5～8

本实施例5～8是一种适用于聚醚酰亚胺树脂基复合材料的60K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90.9:4.5:4.6，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0.42wt％。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60000个、凝固成形温度-2℃、凝固浴流量9000L/小时、凝固浴浓度15％；冷牵伸的牵伸倍数3.0倍；水洗温度60℃，水洗流量6000L/小时；热牵伸温度98℃，热牵伸的牵伸倍数7.0倍；上油油剂浓度3.0％；干燥温度150℃；蒸汽牵伸倍数3.0倍，蒸汽压力250KPa；定型温度130℃。

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228℃、236℃、244℃、252℃、258℃。氧化炉各温区之间的牵伸倍数分别为3％、2.5％、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430℃、525℃、620℃、710℃、770℃。控制牵伸倍数为4.5％。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980℃、1120℃、1240℃、1310℃、1380℃。控制牵伸倍数为-3.2％。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28V，电解液浓度为15％，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3000L/小时，水洗温度45℃。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80mm、功率密度50KW/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160℃。上浆干燥后的碳纤维进入碳纤维卷绕机，在3400～3700cN张力下卷绕收丝制得适用于聚醚酰亚胺树脂基复合材料的60K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酰亚胺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酰亚胺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50K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，耐热性能优异；上浆量和碳纤维扩幅宽度更均匀一致，便于树脂的均匀渗透铺展，使得聚醚酰亚胺树脂对碳纤维浸润时间减少，发生缺陷疵点的可能性降低，界面剪切强度大幅提高。实施例5～8中60K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)

1.一种聚醚酰亚胺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，上浆剂采用聚醚酰亚胺树脂基悬浮液上浆剂；所述聚醚酰亚胺树脂基悬浮液上浆剂由聚醚酰亚胺树脂粉末、聚丙烯酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚和去离子水组成；固体组分占聚醚酰亚胺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％，聚醚酰亚胺粉末占65～75wt％，聚丙烯酸钠占12～17wt％，烷基酚聚氧乙烯醚占13～18wt％。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚醚酰亚胺树脂基悬浮液上浆剂的制备方法如下：首先将聚醚酰亚胺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，待加水量达到聚醚酰亚胺树脂粉末和聚丙烯酸钠总投料量20～30wt％时，开启机械搅拌，并继续加入剩余量的水；控制搅拌转速100～200rpm，搅拌20～60min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，加入定量的烷基酚聚氧乙烯醚，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3000～8000rpm转速继续搅拌10～30min，得到均匀稳定的乳白色悬浮液上浆剂。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的聚醚酰亚胺树脂粉末的结构如通式(1)所示：

其中：n表示聚醚酰亚胺的聚合度。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，聚醚酰亚胺树脂粉末的数均分子量在2.5万～3.5万之间，平均直径在10～60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，聚醚酰亚胺树脂粉末的数均分子量在3.0万～3.3万之间，平均直径在20～40微米之间。

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1000～5000之间，所述烷基酚聚氧乙烯醚的结构通式如式(2)所示：

其中，R选自C₁₀～C₂₅烷基中任一种；聚合度m为25～45之间的整数。

7.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。

8.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℃；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1-9之一所述的制备方法得到的聚醚酰亚胺树脂基复合材料用碳纤维。