[发明专利]一种碳纤维用界面增强型纳米二氧化硅改性环氧树脂上浆剂

说明书

本发明提供一种碳纤维用界面增强型纳米二氧化硅改性环氧树脂上浆剂，由下列重量组分的原料组成：水60‑80份，纳米二氧化硅改性环氧树脂20‑40份，乳化剂0.01‑6份。和普通的上浆剂相比，本发明制备的上浆剂中含有纳米二氧化硅，纳米二氧化硅的粒径小，上浆后存在于碳纤维表面，能够提高碳纤维和树脂基体的界面强度，提高制备成型的复合材料材的力学性能。

技术领域

本发明属于碳纤维用上浆剂领域，具体涉及一种碳纤维用界面增强型纳米二氧化硅改性环氧树脂上浆剂。

背景技术

碳纤维是由原丝经过预氧化、炭化、石墨化等一系列复杂的物理化学变化制得，伸长率低而且比较脆，在使用、加工的过程中要经过拉伸、摩擦等作用，会出现起毛、松散等现象，严重影响碳纤维的使用性能和碳纤维制品的性能，所以在碳纤维生产中要进行上浆处理。经过上浆处理后的碳纤维和基体树脂的结合性能会有所增强，但是增强效果有限。

在上浆处理时使用的上浆剂主要分为溶剂型上浆剂和乳液型上浆剂，溶剂型上浆剂由主剂和有机溶剂构成，有机溶剂易挥发，污染环境，影响操作者的身体健康。乳液型上浆剂由主剂和水构成，没有易挥发相，环境友好。目前使用较多的碳纤维用乳液型上浆剂主要由树脂、表面活性剂、水、助剂等构成，随着存储时间的增加会出现破乳、沉淀、树脂析出等现象，使上浆剂失效，而且使用单一成分的树脂，不会较大程度提高碳纤维和基体树脂的结合性能。所以现在需要开发一种性能稳定，又能够较大程度提高碳纤维与基体结合强度的新型上浆剂。

中国专利CN201510565786.6公开了热混合法制备的上浆剂，其中，需加热到150℃以上使纳米二氧化硅和环氧树脂发生反应，但制备的复合材料拉伸强度较差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种碳纤维用界面增强型纳米二氧化硅上浆剂及其制备方法。

纳米二氧化硅是无定形的白色粉末，其分子结构表面中存在不同键合状态的羟基和大量不饱和的残键，还有因缺氧而偏离了稳态的硅氧结构，分子结构呈三维链状结构，这种结构使得纳米二氧化硅粒子与环氧树脂上的某些基团可以发生键合作用，从而大大改善材料的硬度和强度，同时由于纳米二氧化硅颗粒的尺寸很小，当采用合适的方式与环氧树脂复合时，纳米二氧化硅颗粒能够分布到环氧树脂的高分子键的空隙中，并与其电子云发生作用，与材料的大分子结合成立体网状结构，从而使得形成的二氧化硅/环氧树脂纳米复合材料的韧性、强度、延展性都有很大的提高，与普通二氧化硅粒子相比，纳米二氧化硅粒子的非配位原子、表面缺陷多，因此，与聚合物发生物理或化学结合的可能性大，这种物理或化学作用是纳米粒子与环氧树脂基体的界面结合大大提高，从而对环氧树脂起到增强、增韧的效果。同时纳米二氧化硅粒子具有紫外光吸收、红外线反射等光学特性，从而改善涂料的热稳定性和化学稳定性。

为了解决以上技术问题，本发明的具体方案为：

一种碳纤维用界面增强型纳米二氧化硅改性环氧树脂上浆剂，由下列重量组分的原料组成：水60-80份，纳米二氧化硅改性环氧树脂20-40份，乳化剂0.01-6份。

本发明中是将纳米二氧化硅分散于环氧树脂中，是物理改性，无需加热(加热会影响形成的复合材料的拉伸强度)，因为在分散的过程中使用了溶剂，需要将溶剂去除，在纳米二氧化硅和环氧树脂混合在溶液中，并且均匀分散后，采用减压蒸馏的方法将溶剂减压蒸馏出去，得到纳米二氧化硅改性环氧树脂。

优选的，由下列重量组分的原料组成：水60-70份，纳米二氧化硅改性环氧树脂20-30份，乳化剂0.01-3份。

优选的，由下列重量组分的原料组成：水70-80份，纳米二氧化硅改性环氧树脂30-40份，乳化剂3-6份。