本發(fā)明涉及碳纖維材料合成,具體涉及到一種環(huán)保自乳化型環(huán)氧乙烯基碳纖維上漿劑的制備方法。
背景技術(shù):
1、碳纖維憑借其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn),在航空航天、軌道交通、船舶、汽車、風(fēng)力發(fā)電、體育用品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但是無漿碳纖維與基體樹脂的相容性較差,不能較好的提高碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用性能,上漿是碳纖維改性增強(qiáng)復(fù)合材料的一種重要手段,上漿后上漿劑不僅作為一種保護(hù)層,能較好的保護(hù)碳纖維,減少碳纖維的起毛與斷絲,而且作為纖維與基體樹脂的界面連接層,可以更好的與基體樹脂進(jìn)行浸潤粘結(jié),提高碳纖維復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能。
2、碳纖維復(fù)合材料中常用的樹脂基體主要有環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂等,環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的耐熱穩(wěn)定性,是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料常用的一種基體樹脂;乙烯基樹脂是通過不飽和羧酸與環(huán)氧樹脂在苯乙烯中制備的一種熱固性樹脂,乙烯基樹脂不僅具有環(huán)氧樹脂突出的力學(xué)性能,還具有不飽和聚酯樹脂良好的機(jī)械加工性能,同時(shí)具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的耐水性,是具有廣泛應(yīng)用前景的樹脂之一。
3、因此,碳纖維要與不同類型的樹脂結(jié)合制備復(fù)合材料,根據(jù)相似相溶的原理,不同樹脂基體需選擇相對應(yīng)的上漿劑。但目前為使碳纖維能與環(huán)氧樹脂或者乙烯基樹脂之間均有較好的連接作用,未有同一款上漿劑可以同時(shí)滿足不同類型基體樹脂的應(yīng)用性。
4、鑒于此,本發(fā)明制備一種同時(shí)適配于環(huán)氧樹脂和乙烯基樹脂的碳纖維上漿劑。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種能同時(shí)適配于環(huán)氧樹脂與乙烯基樹脂的碳纖維上漿劑制備方法,得到一種平均粒徑較小、稀釋穩(wěn)定性良好的環(huán)保型水溶性聚合物溶液。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種環(huán)保自乳化型環(huán)氧乙烯基碳纖維上漿劑的制備方法,包括以下步驟:
3、s1、將四口燒瓶至于油浴鍋中,并往燒瓶中加入聚醚胺和異氰酸酯三聚體,加熱,反應(yīng)時(shí)間1-2h;
4、s2、加入環(huán)氧樹脂,升溫進(jìn)行接枝聚合反應(yīng),反應(yīng)時(shí)間為1-2h;
5、s3、加入含有碳碳雙鍵的丙烯酸酯類化合物或者同時(shí)含有氨基羥基的烯丙基類化合物,繼續(xù)升溫進(jìn)行接枝聚合反應(yīng),反應(yīng)時(shí)間為1-2.5h;
6、s4、加入烯丙基聚醚化合物,進(jìn)行接枝擴(kuò)鏈反應(yīng),反應(yīng)時(shí)間為1-2小時(shí);
7、s5、加入封端的化合物聚氧乙烯醚類,進(jìn)行封端終止聚合反應(yīng),反應(yīng)時(shí)間為1-2h;反應(yīng)結(jié)束后,降溫,室溫冷卻,得到粘稠的高分子聚合物;
8、s6、將去離子水置于60℃水浴鍋中預(yù)熱1h,接著將其緩慢滴加至含有步驟s5高分子聚合物的高速分散機(jī)中進(jìn)行相轉(zhuǎn)變?nèi)榛?,然后降溫至室溫,冷卻過濾出料,獲得環(huán)保自乳化型環(huán)氧乙烯基碳纖維上漿劑。
9、進(jìn)一步的,步驟s1中的加熱溫度為40-50℃;所述步驟s2中的溫度為60-70℃;所述步驟s3中的溫度為80-95℃。
10、進(jìn)一步的,步驟s1中的聚醚胺類化合物包括d230、d400、d1000、d2000、t5000中的一種或多種。
11、進(jìn)一步的,步驟s1中的異氰酸酯三聚體包括hdi三聚體、mdi三聚體、hmdi三聚體、ipdi三聚體中的一種或多種。
12、進(jìn)一步的,步驟s2中的環(huán)氧樹脂包括雙酚a型環(huán)氧樹脂、氫化的雙酚a型環(huán)氧樹脂、雙酚f型環(huán)氧樹脂中的一種或多種。
13、進(jìn)一步的,步驟s3中的含有碳碳雙鍵的丙烯酸酯類化合物包括丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥丙酯中的一種或多種。
14、進(jìn)一步的,步驟s3中的含有氨基羥基的烯丙基類化合物包括氮羥甲基丙烯酰胺、4-氨基-2-丁烯-1-醇、1-氨基-3-丁烯-2-醇中的一種或多種。
15、進(jìn)一步的,步驟s4中的烯丙基聚醚中烯丙基聚醚分子量包括700、800、900、1000、2000中的一種或多種。
16、進(jìn)一步的,步驟s5中的聚氧乙烯醚類化合物包括脂肪醇聚氧乙烯醚、農(nóng)藥乳化劑、脂肪胺聚氧乙烯醚中的一種或多種,其中,脂肪醇聚氧乙烯醚包括moa-3、moa-4、moa-5等;農(nóng)藥乳化劑包括600#、600-1#、400#、403#等;脂肪胺聚氧乙烯醚包括ac-1801,ac-1802,ac-1810等。
17、進(jìn)一步的,步驟s6中進(jìn)行相轉(zhuǎn)變?nèi)榛脑嫌上铝兄亓糠衷辖M成,包括高分子聚合物30-60份,去離子水40-70份。
18、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本申請的技術(shù)方案具備以下有益效果:
19、1、本申請制得的碳纖維上漿劑是環(huán)保型水溶性聚合物乳液,利于碳纖維上漿工藝操作;該上漿劑分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)含有環(huán)氧基團(tuán)、氨基以及較多的碳碳雙鍵,這些上漿劑中的環(huán)氧基團(tuán)、氨基與環(huán)氧樹脂復(fù)配,參與環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng),形成較強(qiáng)的連接,提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的界面作用力。
20、2、另外上漿劑分子結(jié)構(gòu)中的不飽和碳碳雙鍵可以參與乙烯基樹脂的固化反應(yīng),顯著提高碳纖維與乙烯基樹脂之間的界面作用力,實(shí)現(xiàn)界面層的強(qiáng)強(qiáng)化學(xué)連接,有利于提高碳纖維增強(qiáng)乙烯基復(fù)合材料的綜合力學(xué)機(jī)械性能。
21、3、本申請制得的碳纖維上漿劑平均粒徑較小,穩(wěn)定性、成膜性較好,而且可同時(shí)適配于環(huán)氧樹脂與乙烯基樹脂。
1.一種環(huán)保自乳化型環(huán)氧乙烯基碳纖維上漿劑的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保自乳化型環(huán)氧乙烯基碳纖維上漿劑的制備方法,其特征在于:所述步驟s1中的加熱溫度為40-50℃;所述步驟s2中的溫度為60-70℃;所述步驟s3中的溫度為80-95℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保自乳化型環(huán)氧乙烯基碳纖維上漿劑的制備方法,其特征在于:所述步驟s1中的聚醚胺類化合物包括d230、d400、d1000、d2000、t5000中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保自乳化型環(huán)氧乙烯基碳纖維上漿劑的制備方法,其特征在于:所述步驟s1中的異氰酸酯三聚體包括hdi三聚體、mdi三聚體、hmdi三聚體、ipdi三聚體中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保自乳化型環(huán)氧乙烯基碳纖維上漿劑的制備方法,其特征在于:所述步驟s2中的環(huán)氧樹脂包括雙酚a型環(huán)氧樹脂、氫化的雙酚a型環(huán)氧樹脂、雙酚f型環(huán)氧樹脂中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保自乳化型環(huán)氧乙烯基碳纖維上漿劑的制備方法,其特征在于:所述步驟s3中的含有碳碳雙鍵的丙烯酸酯類化合物包括丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥丙酯中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保自乳化型環(huán)氧乙烯基碳纖維上漿劑的制備方法,其特征在于:所述步驟s3中的含有氨基羥基的烯丙基類化合物包括氮羥甲基丙烯酰胺、4-氨基-2-丁烯-1-醇、1-氨基-3-丁烯-2-醇中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保自乳化型環(huán)氧乙烯基碳纖維上漿劑的制備方法,其特征在于:所述步驟s4中的烯丙基聚醚中烯丙基聚醚分子量包括700、800、900、1000、2000中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保自乳化型環(huán)氧乙烯基碳纖維上漿劑的制備方法,其特征在于:所述步驟s5中的聚氧乙烯醚類化合物包括脂肪醇聚氧乙烯醚、農(nóng)藥乳化劑、脂肪胺聚氧乙烯醚中的一種或多種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保自乳化型環(huán)氧乙烯基碳纖維上漿劑的制備方法,其特征在于:所述步驟s6中進(jìn)行相轉(zhuǎn)變?nèi)榛脑嫌上铝兄亓糠衷辖M成,包括高分子聚合物30-60份,去離子水40-70份。