CN1302172C - 碳纤维上胶剂及其制取方法 - Google Patents

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Abstract

碳纤维上胶剂及其制取方法涉及到一种单体为环氧树脂的乳液型高分子聚合物及一种该聚合物的乳化聚合方法，属于精细化工技术领域。现有的这类上胶剂存在稳定性差，用这种上胶剂处理过的碳纤维的可挠性和层间剪切强度均不够理想等问题。本发明在乳化聚合的原料配比中使用复合乳化剂，乳化聚合过程分为两步，并确定了最佳的温度和搅拌速度。所制取的碳纤维上胶剂贮存期长达8个月，具有较强的耐水性、适中的粘度和高达80MPa的层间剪切强度，基本克服了现有技术的不足。本发明可应用于碳纤维上胶剂的制备以及碳纤维的上胶处理。

Description

碳纤维上胶剂及其制取方法
技术领域
本发明涉及一种含有高分子聚合物的产品及其制取方法，属于精细化工技术领域。
背景技术
与本发明有关的现有技术是一类乳液型并以环氧树脂为主体的碳纤维上胶剂，经配以一定量的乳化剂、少量交联剂以及能够提高界面粘合性的助剂而制成。它一般不会在导辊上残留下树脂，与溶液型上胶剂相比它不会因使用溶剂而污染环境，而且，由于上胶剂乳液中含有表面活性剂，可以大大提高碳纤维表面的被润湿性，同时又可以通过添加助剂达到提高复合材料的层间剪切强度(ILSS)的目的。
发明内容
现有技术采用双酚A型环氧树脂，用聚烯烃弹性体(POE)非离子表面活性剂作为乳化剂，制成水性乳状液碳纤维上胶剂。所使用的乳化剂为单一型，以及其它一些因素的影响，使得所制取的碳纤维上胶剂不能充分满足织造碳纤维时对抑止毛羽和断丝的产生以及对改善复合材料的层间剪切强度(ILSS)的要求，可挠性较差。另外，同样由于原料的配比以及制取方法方面的原因，现有的碳纤维上胶剂不稳定，存放时间较长时，常常发生破乳现象。为了克服现有技术的缺点，我们发明了本发明之碳纤维上胶剂及其制取方法。
本发明是这样实现的，关于乳化聚合原料的配比，确定技术方案如下，主要原料有单体、复合乳化剂、引发剂、改性剂以及水，单体采用环氧树脂，乳化剂为聚氧化乙烯壬基酚醚(OP-10)与聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯(T-80)的复合物，引发剂采用过硫酸钾和亚硫酸钠，改性剂采用丙烯酸和醋酸乙烯酯，水为蒸馏水，单体用量确定后，其它组分占单体用量的重量百分比(Wt％)为：
聚氧化乙烯壬基酚醚(OP-10)               2.5～5.0％
聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯(T-80)        2.0～3.0％
过硫酸钾                                0.1～3.0％
亚硫酸钠                                0.1～3.0％
丙烯酸                                  1.0～10％
醋酸乙烯酯                              30～95％
蒸馏水                       70～200％
关于乳化聚合制取碳纤维上胶剂的方法确定技术方案如下，该方法称为预乳化单体滴加法，制取步骤为，第一步先将单体分散到乳化剂溶液中，配制成预乳化液。第二步将预乳化液滴加到引发剂溶液中，这一过程控制温度在55～60℃范围内，同时以800～1000转/分的速度加以搅拌。
采用上述技术方案基本上克服了现有技术的缺点。在稳定性方面，由于使用上述复合乳化剂，其平均粒径为1.8μm，该复合乳化剂为非离子型，以及加入了上述引发剂，使得乳化彻底，又采用了本发明之上胶剂预乳化单体滴加制取方法，所制得的上胶剂的平均粒径为2.5μm且分布均匀，这一量值处在允许值1～5μm的中间，是最佳值，最终使得所制取的上胶剂稳定性较好，相关的各项技术指标为：
1、贮存期：4～8个月(室温)；
2、PH稳定范围：1～14；
3、高温稳定性：60℃、50天，未发生破乳；
4、稀释稳定性：稀释至固体含量为3％、柱高20cm、72小时，未发生破乳。
由于同时使用改性剂丙烯酸和醋酸乙烯酯，它们与单体形成网状大分子，使得由这种上胶剂所形成的胶膜耐水性较好，将胶膜在水中浸泡5小时，其吸水率仅有85％。
其它技术指标为：
1、PH值：6.5～8.5；
2、粘度：＜4～6Pa·s；
3、固体含量：54±2％；
4、密度：1.182g/cm3；
由于良好的耐水性、较高的粘度等，使得经该上胶剂处理过的碳纤维的毛羽和断丝现象得到一定程度的克服，层间剪切强度也得到提高，可挠性全面改善。适中的粘度便于施胶，同时又能较为牢固地附着于碳纤维上。
具体实施方式
本发明具体可以这样实现，关于乳化聚合原料的配比，确定技术方案如下，主要原料有单体、复合乳化剂、引发剂、改性剂以及水，单体可采用双酚A环氧树脂，乳化剂为聚氧化乙烯壬基酚醚(OP-10)与聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯(T-80)的复合物，引发剂采用过硫酸钾和亚硫酸钠，改性剂采用丙烯酸和醋酸乙烯酯，水为蒸馏水，单体用量确定后，其它组分占单体用量的重量百分比(Wt％)为：
聚氧化乙烯壬基酚醚(OP-10)                2.5％
聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯(T-80)         3.0％
过硫酸钾                                 0.1％
亚硫酸钠                                 3.0％
丙烯酸                     1.0％
醋酸乙烯酯                 95％
蒸馏水                     100％
关于乳化聚合制取碳纤维上胶剂的方法确定技术方案如下，该方法称为预乳化单体滴加法，制取步骤为，预先在聚氧化乙烯壬基酚醚(OP-10)与聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯(T-80)的复合物中加入蒸馏水的一半，制得乳化剂溶液，在过硫酸钾和亚硫酸钠中加入其余蒸馏水制得引发剂溶液，之后，第一步先将双酚A环氧树脂分散到乳化剂溶液中，配制成预乳化液；第二步将预乳化液滴加到引发剂溶液中，这一过程控制温度为55℃，同时以800转/分的速度加以搅拌，并且徐徐加入改性剂丙烯酸和醋酸乙烯酯，最后制得本发明之碳纤维上胶剂。
本发明的具体实施方式还可以是，双酚A环氧树脂用量确定后，其它组分占单体用量的重量百分比(Wt％)为：
聚氧化乙烯壬基酚醚(OP-10)                 5.0％
聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯(T-80)          2.0％
过硫酸钾                                  3.0％
亚硫酸钠                                  0.1％
丙烯酸                                    10％
醋酸乙烯酯                                30％
蒸馏水                                    150％
制取步骤为，预先在聚氧化乙烯壬基酚醚(OP-10)与聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯(T-80)的复合物中加入蒸馏水的三分之一，制得乳化剂溶液，在过硫酸钾和亚硫酸钠中加入其余三分之二蒸馏水制得引发剂溶液，之后，第一步先将双酚A环氧树脂分散到乳化剂溶液中，配制成预乳化液；第二步将预乳化液滴加到引发剂溶液中，这一过程控制温度为60℃，同时以1000转/分的速度加以搅拌，并且徐徐加入改性剂丙烯酸和醋酸乙烯酯，最后制得本发明之碳纤维上胶剂。

Claims (5)

1、一种碳纤维上胶剂，单体采用环氧树脂，呈乳液型，在乳化聚合的原料配比中加入乳化剂、引发剂、改性剂和水，其特征在于，乳化剂为聚氧化乙烯壬基酚醚与聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯的复合物，引发剂采用过硫酸钾和亚硫酸钠，改性剂采用丙烯酸和醋酸乙烯酯，水为蒸馏水，单体用量确定后，其它组分占单体用量的重量百分比为：
聚氧化乙烯壬基酚醚                     2.5～5.0％
聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯             2.0～3.0％
过硫酸钾                               0.1～3.0％
亚硫酸钠                               0.1～3.0％
丙烯酸                                 1.0～10％
醋酸乙烯酯                             30～95％
蒸馏水                                 70～200％。
2、根据权利要求1所述的碳纤维上胶剂，其特征在于，单体采用双酚A环氧树脂。
3、一种制取权利要求1所述碳纤维上胶剂的方法，乳化过程分为两步，其特征在于，第一步先将单体分散到乳化剂溶液中，配制成预乳化液；第二步将预乳化液滴加到引发剂溶液中，这一过程控制温度在55～60℃范围内，同时以800～1000转/分的速度加以搅拌。
4、根据权利要求3所述的碳纤维上胶剂制取方法，其特征在于，预先在聚氧化乙烯壬基酚醚与聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯的复合物中加入蒸馏水，制得乳化剂溶液，在过硫酸钾和亚硫酸钠中加入其余蒸馏水制得引发剂溶液。
5、根据权利要求3所述的碳纤维上胶剂制取方法，其特征在于，在将预乳化液滴加到引发剂溶液中这一过程中，徐徐加入改性剂丙烯酸和醋酸乙烯酯。
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