[发明专利]一种碳化硅纤维上浆剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化硅纤维上浆剂及其制备方法。

背景技术

碳化硅纤维是一种重要的高科技纤维，具有高温强度大、耐化学腐蚀、耐磨损性高、模量大、硬度高等特性，广泛应用于汽车工业、航天航空、火箭发动机、核聚变炉等高科技领域。碳化硅纤维有两种制备路线，一种方法是先驱体转化法，另一种方法是化学气相沉积法(CVD法)。“先驱体法”即首先将有机硅聚合物-聚甲基硅烷制成聚碳硅烷，然后经熔融拉丝成先驱体，再经不熔化处理与高温烧结成碳化硅纤维。“CVD法”是采用微细的钨丝或碳纤丝等作为载体，在氮气保护下使有机硅在高温芯线表面进行一系列化学反应，并在芯线表面生成碳化硅纤维沉积物。

目前，碳化硅纤维技术比较成熟的主要是日本、美国等发达国家，且制备技术严格保密。我国对碳化硅纤维的开发起步较晚，碳化硅纤维的工业化生产和实用化水平方面与西方发达国家都存在着较大的差距，主要体现在：(1)制备的束丝松散，并存在毛丝和断丝现象，使得纤维很难达到连续化生产；(2)束丝的强度会随着束丝长度的增加而降低；(3)纤维的结构缺陷多，难以编制，不利于制备成复杂复合材料。这些都限制了连续碳化硅纤维的应用，但经过适当的上浆处理，可以有效地改善这些问题，提高了纤维的强度和实用性。

碳化硅纤维上浆剂的制备是碳化硅纤维生产过程中的关键性技术之一，此前碳化硅纤维上浆剂的技术配方鲜有报道，而对于无机纤维上浆剂的报道主要集中于碳纤维方面。如Toray公司开发了No.1-No.10上浆剂；Countalars公司有Neoxi1971、Neoxi1969、Neoxi1961、Neoxi18294系列上浆剂；国内的一些研究所和单位也对碳纤维上浆剂进行了研制并取得了一些进展。中科院山西煤化所采用转相乳化法，成功研制了以环氧树脂AG-80为主浆料的上浆剂，该上浆剂改善了碳纤维与基体树脂间的相容性，提高了复合材料的界面粘结性；曹霞等在聚酰亚胺与环氧树脂中添加聚氧乙烯醚渗透剂制备了耐高温碳纤维上浆剂，经分析表明经该上浆剂处理的碳纤维耐磨性显著提高，且在350℃时复合材料的界面剪切强度保持率为室温时的75.62％；杨禹等报道了一种纳米SiO2改性的环氧树脂上浆剂；张笑晴等研制了一种石墨烯改性的碳纤维乳液上浆剂。相比于碳纤维，碳化硅纤维上浆难度和对上浆剂的要求都更高更苛刻，因此开发制备出性能优异的碳化硅纤维上浆剂具有重要意义。

发明内容

本发明提出一种碳化硅纤维上浆剂，乙烯基酯树脂增加了浸润性和工艺性能，配合环氧化聚丁二烯混合后浆液有较高的粘合性，而且具有良好的强度、韧性，保证纤维的强度不会随着束丝的长度增加而下降。该上浆剂其能有效减少纤维毛丝与断丝，提高束丝强度，有效地提高连续碳化硅纤维性能。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种碳化硅纤维上浆剂，按重量份计包括：主浆料10-20份，乳化剂0.5-4.5份，改性有机硅油1-2份，渗透剂0.5-1.5份，去离子水72-88份。

优选地，所述主浆料为乙烯基酯树脂与环氧化聚丁二烯的混合物，其重量比为1:1～1:2。

优选地，所述乙烯基酯树脂为双酚A型环氧丙烯酸类乙烯基酯树脂。

优选地，所述乳化剂为芳香族非离子型乳化剂：壬基酚聚氧乙烯醚。

优选地，所述改性有机硅油为氨基改性有机硅油乳液。

优选地，所述渗透剂为非离子型表面活性剂：仲辛醇聚氧乙烯醚。

一种碳化硅纤维上浆剂及其制备方法，包括以下步骤：

(1)将10-20份的乙烯基酯树脂与环氧化聚丁二烯按重量比为1:1～1:2混合，在70℃下以1000r/min搅拌10min，使其混合均匀；

(2)往上述混合物中加入0.5-4.5份壬基酚聚氧乙烯醚、1-2份氨基改性硅油乳液以及0.5-1.5份仲辛醇聚氧乙烯醚，在70℃下以1000r/min搅拌30min，并将该混合液冷却制50℃；

(3)在50℃以8000r/min的高转速剪切乳化下往上述混合物中缓慢滴入72-88份去离子水，在90min内加水完毕后继续以1000r/min搅拌30min得到均匀稳定的乳液，冷却后制得碳化硅纤维上浆剂。

本发明产生的有益效果为：(1)该上浆剂为乳液型上浆剂，原料易得且成本低，对环境友好。(2)通过调整各组分间的配比，可使得该上浆剂的稳定性增加。(3)该上浆剂能有效减少纤维毛丝与断丝，提高束丝强度，有效地提高连续碳化硅纤维性能。

具体实施方式