[发明专利]一种热塑性上浆剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及纤维表面改性技术领域，特别涉及一种热塑性上浆剂及其制备方法与应用。

背景技术

在纤维增强树脂基复合材料中，树脂基体和增强纤维本身的性能在一定程度上决定了复合材料制品的综合性能，而增强纤维和树脂基体之间的界面性能却起着最为关键的作用。目前，商用玻璃纤维的增强型浸润剂多为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂等；商用碳纤维上浆剂的主要成份多为环氧树脂、聚氨酯等，如中国专利CN102321976A、CN101858038B、CN101880967B等专利采用配制上浆剂对碳纤维进行表面改性。但上述这些纤维表面的浸润剂或上浆剂与多数热塑性树脂基体匹配性欠佳，因此导致纤维增强热塑性树脂基复合材料的界面性能差，这很大程度上限制了纤维增强热塑性树脂基复合材料优异力学性能的发挥。

环状聚苯硫醚或其混合物具有突出的耐高温性能、阻燃性和耐腐蚀性，同时具有良好的力学性能和尺寸稳定性，更被美国航天局称为“八大”宇航材料之一，因此，纤维增强聚苯硫醚复合材料在航空航天等领域具有广泛的应用。但环状聚苯硫醚或其混合物的加工成型温度往往高于300℃，而上述商用纤维表面的浸润剂或上浆剂的主要树脂成份在此温度范围会发生明显的热降解，耐热性差，且有可能导致纤维和环状聚苯硫醚或其混合物基体之间形成弱界面层，降低纤维增强聚苯硫醚复合材料的界面性能。

发明内容

为了克服现有纤维浸润剂或上浆剂耐热性差，制备的纤维增强聚苯硫醚复合材料界面性能弱的问题，本发明的首要目的是提供一种耐热性好，能够提高对纤维的浸润性，显著提高纤维增强聚苯硫醚复合材料界面性能的热塑性上浆剂。

本发明的另一个目的是提供上述热塑性上浆剂的制备方法。

本发明的再一目的是提供上述热塑性上浆剂的用途。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种热塑性上浆剂，按重量百分比计，包括如下组分：

环状苯硫醚或环状苯硫醚混合物1wt%-10wt%；

悬浮稳定剂0.1wt%-1wt%；

催化剂0.1wt%-1wt%；

有机溶剂10wt%-30wt%；

水68wt%-85wt%。

其中，所述环状苯硫醚的结构式如I所示，结构式中1,4-二取代亚苯基与硫原子交替连接而成，其中聚合度n为正整数，优选n=4-15；

I；

所述环状苯硫醚混合物为两种或两种以上含有不同聚合度n的环状苯硫醚混合物；优选为聚合度n=4-15的环状苯硫醚混合物。

其中，所述悬浮稳定剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯壬基酚醚中的一种或几种。

其中，所述催化剂选自2,2′-二硫代二苯并噻吩DTB和/或硫粉。

其中，所述有机溶剂选自乙醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。

本发明还提供了一种上述热塑性上浆剂的制备方法，包括如下步骤：

取悬浮稳定剂加入水中，搅拌均匀；再将环状苯硫醚或环状苯硫醚混合物和催化剂分散于有机溶剂后加入，在300-1000r/min转速下搅拌0.5-2小时；然后在5000-10000r/min转速下高速搅拌0.5-1.0小时，上述操作均在30-50℃下进行，即得热塑性上浆剂。

此外，本发明还提供了一种上述热塑性上浆剂的应用：将未上浆的纤维丝束以0.05-2m/min的走丝速度经过加有上述热塑性上浆剂的浆槽进行浸润，浸润后的纤维在温度为300-380℃的烘干炉中烘干2-15min。

本发明所述热塑性上浆剂的环状苯硫醚或环状苯硫醚混合物在300-380℃的烘干过程中会发生开环聚合生成分子量为5000-15000g/mol的线型聚苯硫醚，从而在纤维表面形成一薄层的聚苯硫醚树脂层，有利于增加纤维和树脂基体之间的浸润性，显著提高纤维增强聚苯硫醚复合材料的界面性能。

本发明与现有技术相比，有益效果如下：

1）本发明所得的热塑性上浆剂的耐热性好，且能降低对纤维的表面张力，提高热塑性上浆剂对纤维的浸润性，将其应用并制成纤维增强聚苯硫醚复合材料，由于热塑性上浆剂的环状苯硫醚或环状苯硫醚混合物在300-380℃的烘干过程中会发生开环聚合生成分子量为5000-15000g/mol的线型聚苯硫醚，从而在纤维表面形成一薄层的聚苯硫醚树脂层，有利于增加纤维和聚苯硫醚树脂基体之间的浸润性，显著提高纤维增强聚苯硫醚复合材料的界面性能。

2）本发明所得的热塑性上浆剂的制备方法简单，应用于纤维操作简单，有效。