CN111518443A - 一种高模量碳纤维增强水漆及其生产工艺 - Google Patents

一种高模量碳纤维增强水漆及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

一种高模量碳纤维增强水漆，按重量份计，包括如下组分：树脂乳液30～40％，粉体填料20～30％，碳纤维15～25％，成膜助剂2～3％，分散剂0.3～0.5％，基材润湿剂0.5～1.0％，增稠剂0.1～0.5％，消泡剂0.05～0.1％，防霉剂0.05～0.1％，流变助剂0.5～1％，去离子水10～20％。本发明的生产工艺包括：表面处理高模量短切碳纤维的制备，预混合，分散研磨，调漆，检测、包装等五个步骤。

Description

一种高模量碳纤维增强水漆及其生产工艺
技术领域
本发明属于水性涂料技术领域，具体地说是涉及一种高模量碳纤维增强水漆及其生产工艺。
背景技术
碳纤维是由化学纤维经过一系列热处理转化而成的新型炭材料。碳纤维与树脂的复合材料具有良好的抗拉伸强度、耐疲劳性能和抗腐蚀等性能，广泛应用于航空设备(如飞行器)、体育用品(如网球拍)、生活用品(如安全帽)等领域。用含碳纤维的涂料对相关基材施工，能够得到类似碳纤维复合材料的性能，从而实现对基材的防护作用。目前，碳纤维类涂料品种极少，而且存在抗冲击强度较低、碳纤维与树脂的相容性较差等缺陷。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种高模量碳纤维增强水漆，具有抗拉伸、抗冲击、耐疲劳、抗腐蚀等性能。本发明还提供一种高模量碳纤维增强水漆的生产工艺。
本发明通过下述技术方案实现：
一种高模量碳纤维增强水漆，按重量份计，包括如下组分：树脂乳液30～40％，粉体填料20～30％，碳纤维15～25％，成膜助剂2～3％，分散剂0.3～0.5％，基材润湿剂0.5～1.0％，增稠剂0.1～0.5％，消泡剂0.05～0.1％，防霉剂0.05～0.1％，流变助剂0.5～1％，去离子水10～20％。
所述树脂乳液为丙烯酸树脂乳液，固含量为45％～50％，玻璃化温度25℃。
所述粉体填料为碳酸钙、硅灰石、硫酸钡、云母氧化铁、钛白粉的一种或者几种。
所述碳纤维为高模量短切碳纤维。
所述成膜助剂为醇酯十二。
所述分散剂为低分子量聚丙烯酸钠。
所述基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷。
所述增稠剂为聚乙烯醇稀溶液。
所述消泡剂为有机硅消泡剂。
所述防霉剂为五氯酚钠。
本发明还提供一种上述高模量碳纤维增强水漆的生产工艺，包括以下步骤：
(1)表面处理高模量短切碳纤维的制备：将上浆剂均匀喷洒到高模量短切碳纤维上，低温烘干即得表面处理高模量短切碳纤维。
(2)预混合：将去离子水及润湿剂、流变助剂、分散剂、消泡剂、防霉剂等功能性助剂加入分散釜中，以500～1000转/分的搅拌速率低速搅拌15～20分钟，形成均匀胶状溶液；
(3)分散研磨：将粉体填料加入到上述胶状溶液中，以2000～3000转/分的搅拌速率高速分散25～35分钟，制成均匀浆料；
(4)调漆：向上述浆料中加入树脂乳液、成膜助剂、表面处理高模量短切碳纤维，搅拌均匀，最后加入增稠剂，搅拌均匀；
(5)检测、包装。
本发明的技术原理如下：
高模量碳纤维即沥青基碳纤维，是一种以石油沥青或煤沥青为原料，经沥青的精制、纺丝、预氧化、碳化或石墨化而制得的含碳量大于92％的特种纤维。高模量碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，与树脂的复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为230-430Gpa亦远高于钢。高模量碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变、导电与导热等优良性能，是航空航天工业中不可缺少的工程材料，另在交通、机械、体育娱乐、休闲用品、医疗卫生和土木建筑方面也有广泛应用。用含高模量碳纤维的涂料对相关基材施工，能够得到类似碳纤维复合材料的性能，从而提高基材的综合性能。
本发明的有益效果如下：
(1)用本发明制备的水漆对相关基材施工，相当于在基材表面复合了一层碳纤维复合材料，从而使基材具有耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变、导电与导热等优良性能。
(2)通过对高模量短切碳纤维进行表面处理，使碳纤维与树脂的相容性大大提高，从而使含碳纤维的涂层更加密实，解决了碳纤维与树脂之间的界面分隔问题。
(3)本发明的水漆生产成本低，制造工艺简单，施工容易，是液体状态的碳纤维复合材料，是复合材料的发展方向。
附图说明
图1是本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施实例和附图对本发明作进一步的详细描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
一种高模量碳纤维增强水漆，按重量份计，包括如下组分：树脂乳液30～40％，粉体填料20～30％，碳纤维15～25％，成膜助剂2～3％，分散剂0.3～0.5％，基材润湿剂0.5～1.0％，增稠剂0.1～0.5％，消泡剂0.05～0.1％，防霉剂0.05～0.1％，流变助剂0.5～1％，去离子水10～20％。
所述树脂乳液为丙烯酸树脂乳液，固含量为45％～50％，玻璃化温度25℃。
所述粉体填料为碳酸钙、硅灰石、硫酸钡、云母氧化铁、钛白粉的一种或者几种。
所述碳纤维为高模量短切碳纤维。
所述成膜助剂为醇酯十二。
所述分散剂为低分子量聚丙烯酸钠。
所述基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷。
所述增稠剂为聚乙烯醇稀溶液。
所述消泡剂为有机硅消泡剂。
所述防霉剂为五氯酚钠。
本发明还提供一种上述高模量碳纤维增强水漆的生产工艺，包括以下步骤：
(1)表面处理高模量短切碳纤维的制备：将上浆剂均匀喷洒到高模量短切碳纤维上，低温烘干即得表面处理高模量短切碳纤维。
预混合：将去离子水及润湿剂、流变助剂、分散剂、消泡剂、防霉剂等功能性助剂加入分散釜中，以500～1000转/分的搅拌速率低速搅拌15～20分钟，形成均匀胶状溶液；
(3)分散研磨：将粉体填料加入到上述胶状溶液中，以2000～3000转/分的搅拌速率高速分散25～35分钟，制成均匀浆料；
(4)调漆：向上述浆料中加入树脂乳液、成膜助剂、表面处理高模量短切碳纤维，搅拌均匀，最后加入增稠剂，搅拌均匀；
(5)检测、包装。
实施例1
一种一种高模量碳纤维增强水漆，按重量份计，包括如下组分：树脂乳液35％，粉体填料25％，碳纤维20％，成膜助剂2.5％，分散剂0.4％，基材润湿剂0.75％，增稠剂0.3％，消泡剂0.075％，防霉剂0.075％，流变助剂0.75％，去离子水15.15％。
所述树脂乳液为丙烯酸树脂乳液，固含量为45％～50％，玻璃化温度25℃。
所述粉体填料为碳酸钙、硅灰石、硫酸钡、云母氧化铁、钛白粉的一种或者几种。
所述碳纤维为高模量短切碳纤维。
所述成膜助剂为醇酯十二。
所述分散剂为低分子量聚丙烯酸钠。
所述基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷。
所述增稠剂为聚乙烯醇稀溶液。
所述消泡剂为有机硅消泡剂。
所述防霉剂为五氯酚钠。
本发明还提供一种上述高模量碳纤维增强水漆的生产工艺，包括以下步骤：
(1)表面处理高模量短切碳纤维的制备：将上浆剂均匀喷洒到高模量短切碳纤维上，低温烘干即得表面处理高模量短切碳纤维。
(2)预混合：将去离子水及润湿剂、流变助剂、分散剂、消泡剂、防霉剂等功能性助剂加入分散釜中，以750转/分的搅拌速率低速搅拌17.5分钟，形成均匀胶状溶液；
(3)分散研磨：将粉体填料加入到上述胶状溶液中，以2500转/分的搅拌速率高速分散30分钟，制成均匀浆料；
(4)调漆：向上述浆料中加入树脂乳液、成膜助剂、表面处理高模量短切碳纤维，搅拌均匀，最后加入增稠剂，搅拌均匀；
(5)检测、包装。
实施例2
一种高模量碳纤维增强水漆，按重量份计，包括如下组分：树脂乳液30％，粉体填料30％，碳纤维25％，成膜助剂2％，分散剂0.3％，基材润湿剂0.5％，增稠剂0.1％，消泡剂0.05％，防霉剂0.05％，流变助剂0.5％，去离子水11.5％。
所述树脂乳液为丙烯酸树脂乳液，固含量为45％～50％，玻璃化温度25℃。
所述粉体填料为碳酸钙、硅灰石、硫酸钡、云母氧化铁、钛白粉的一种或者几种。
所述碳纤维为高模量短切碳纤维。
所述成膜助剂为醇酯十二。
所述分散剂为低分子量聚丙烯酸钠。
所述基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷。
所述增稠剂为聚乙烯醇稀溶液。
所述消泡剂为有机硅消泡剂。
所述防霉剂为五氯酚钠。
本发明还提供一种上述高模量碳纤维增强水漆的生产工艺，包括以下步骤：
(1)表面处理高模量短切碳纤维的制备：将上浆剂均匀喷洒到高模量短切碳纤维上，低温烘干即得表面处理高模量短切碳纤维。
(2)预混合：将去离子水及润湿剂、流变助剂、分散剂、消泡剂、防霉剂等功能性助剂加入分散釜中，以500转/分的搅拌速率低速搅拌20分钟，形成均匀胶状溶液；
(3)分散研磨：将粉体填料加入到上述胶状溶液中，以2000转/分的搅拌速率高速分散35分钟，制成均匀浆料；
(4)调漆：向上述浆料中加入树脂乳液、成膜助剂、表面处理高模量短切碳纤维，搅拌均匀，最后加入增稠剂，搅拌均匀；
(5)检测、包装。
实施例3
一种高模量碳纤维增强水漆，按重量份计，包括如下组分：树脂乳液40％，粉体填料20％，碳纤维15％，成膜助剂3％，分散剂0.5％，基材润湿剂1.0％，增稠剂0.5％，消泡剂0.1％，防霉剂0.1％，流变助剂1％，去离子水18.8％。
所述树脂乳液为丙烯酸树脂乳液，固含量为45％～50％，玻璃化温度25℃。
所述粉体填料为碳酸钙、硅灰石、硫酸钡、云母氧化铁、钛白粉的一种或者几种。
所述碳纤维为高模量短切碳纤维。
所述成膜助剂为醇酯十二。
所述分散剂为低分子量聚丙烯酸钠。
所述基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷。
所述增稠剂为聚乙烯醇稀溶液。
所述消泡剂为有机硅消泡剂。
所述防霉剂为五氯酚钠。
本发明还提供一种上述高模量碳纤维增强水漆的生产工艺，包括以下步骤：
(1)表面处理高模量短切碳纤维的制备：将上浆剂均匀喷洒到高模量短切碳纤维上，低温烘干即得表面处理高模量短切碳纤维。
(2)预混合：将去离子水及润湿剂、流变助剂、分散剂、消泡剂、防霉剂等功能性助剂加入分散釜中，以1000转/分的搅拌速率低速搅拌15分钟，形成均匀胶状溶液；
(3)分散研磨：将粉体填料加入到上述胶状溶液中，以3000转/分的搅拌速率高速分散25分钟，制成均匀浆料；
(4)调漆：向上述浆料中加入树脂乳液、成膜助剂、表面处理高模量短切碳纤维，搅拌均匀，最后加入增稠剂，搅拌均匀；
(5)检测、包装。
对实施例1-3所制备的水漆进行性能检测，检测结果如表1所示。
表1：高模量碳纤维增强水漆漆膜性能检测结果
Figure BSA0000208052410000061
由表1可知，本发明的高模量碳纤维增强水漆漆膜硬度、附着力均符合行业标准要求，耐候性和耐水、耐碱性能俊佳，特别是耐冲击性远高于行业标准，具有碳纤维复合材料的相关优越性能。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计方案的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围。

Claims (11)

1.一种高模量碳纤维增强水漆，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：树脂乳液30～40％，粉体填料20～30％，碳纤维15～25％，成膜助剂2～3％，分散剂0.3～0.5％，基材润湿剂0.5～1.0％，增稠剂0.1～0.5％，消泡剂0.05～0.1％，防霉剂0.05～0.1％，流变助剂0.5～1％，去离子水10～20％。
2.如权利要求1所述的一种高模量碳纤维增强水漆，其特征在于：所述树脂乳液为丙烯酸树脂乳液，固含量为45％～50％，玻璃化温度25℃。
3.如权利要求1所述的一种高模量碳纤维增强水漆，其特征在于：所述粉体填料为碳酸钙、硅灰石、硫酸钡、云母氧化铁、钛白粉的一种或者几种。
4.如权利要求1所述的一种高模量碳纤维增强水漆，其特征在于：所述碳纤维为高模量短切碳纤维。
5.如权利要求1所述的一种高模量碳纤维增强水漆，其特征在于：所述成膜助剂为醇酯十二。
6.如权利要求1所述的一种高模量碳纤维增强水漆，其特征在于：所述分散剂为低分子量聚丙烯酸钠。
7.如权利要求1所述的一种高模量碳纤维增强水漆，其特征在于：所述基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷。
8.如权利要求1所述的一种高模量碳纤维增强水漆，其特征在于：所述增稠剂为聚乙烯醇稀溶液。
9.如权利要求1所述的一种高模量碳纤维增强水漆，其特征在于：所述消泡剂为有机硅消泡剂。
10.如权利要求1所述的一种高模量碳纤维增强水漆，其特征在于：所述防霉剂为五氯酚钠。
11.一种如权利要求1所述的高模量碳纤维增强水漆的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)表面处理高模量短切碳纤维的制备：将上浆剂均匀喷洒到高模量短切碳纤维上，低温烘干即得表面处理高模量短切碳纤维；(2)预混合：将去离子水及润湿剂、流变助剂、分散剂、消泡剂、防霉剂等功能性助剂加入分散釜中，以500～1000转/分的搅拌速率低速搅拌15～20分钟，形成均匀胶状溶液；(3)分散研磨：将粉体填料加入到上述胶状溶液中，以2000～3000转/分的搅拌速率高速分散25～35分钟，制成均匀浆料；(4)调漆：向上述浆料中加入树脂乳液、成膜助剂、表面处理高模量短切碳纤维，搅拌均匀，最后加入增稠剂，搅拌均匀；(5)检测、包装。
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