[发明专利]一种含氧化石墨烯的多官能团环氧树脂基水溶性上浆剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含氧化石墨烯的多官能团环氧树脂基水溶性上浆剂及其制备方法，步骤如下：1)水溶性多官能团环氧树脂制备；2)多官能团环氧树脂基水溶性上浆剂制备。本发明具有以下优点：上浆剂所用主体树脂为多官能团树脂，具有高的交联密度，高的玻璃化转变温度，好的耐热性和热稳定性，有利于在碳纤维表面形成具有好的热稳定性的树脂膜，且改善碳纤维和基体树脂之间的粘结强度；制备工艺简单，便于规模化大批量生产，也有利于石墨烯及其衍生物的工业化应用。经本发明的上浆剂上浆处理的碳纤维的集束性、耐磨性等生产工艺性得到改善，碳纤维的单丝断裂强度及其复合材料的热性能、力学性能均得到提高。

技术领域

本发明属于石墨烯纳米复合材料及碳纤维复合材料领域，涉及一种碳纤维用多官能团环氧树脂基水溶性上浆剂及其制备方法，特别是氧化石墨烯改性的耐高温水溶性上浆剂的制备方法。

背景技术

碳纤维具有许多出众的性能，如高比强度、高比模量、质轻、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、耐磨损等，以主承力结构件、次级承力结构件等形式被广泛应用于航空航天、交通、建筑、能源、医疗、体育等领域。然而碳纤维性脆，断裂延伸率小，在生产制造过程中也容易因为机械摩擦而出现单丝断裂和起毛等现象。单丝断裂会降低碳纤维复合材料制品的整体性能，毛丝则会污染环境，损害人体健康，影响生产用电器设备，降低碳纤维和树脂基体的浸润性等。研究表明，对碳纤维进行上浆处理，在碳纤维表面形成一层保护膜，则可以有效地防止毛丝和断丝现象的发生。此外，碳纤维和基体树脂之间在结构和性能上存在较大的差异，经上浆处理在碳纤维表面形成的聚合物薄层则可以作为复合材料界面的过渡层，将载荷有效地传递给碳纤维，抑制裂纹的引发、扩展和传播，增强碳纤维和树脂基体之间的界面粘结强度，改善碳纤维增强复合材料的整体性能。

碳纤维上浆剂在国内外已经有数十年的发展，主要集中在碳纤维增强环氧树脂领域，所使用主体树脂或成膜剂多为E51、E44、E20等缩水甘油醚型环氧树脂。然而，该类缩水甘油醚型环氧树脂多为两官能团环氧树脂，其固化物交联密度较低，其玻璃化转变温度较低、耐热性较差，影响了复合材料在一些特殊领域的使用，因此，开发三官能团、四官能团等多官能团环氧树脂基的耐高温型碳纤维上浆剂十分迫切。

目前上浆剂多采用两种方法制备，溶剂型上浆剂是以有机溶剂将主体树脂溶解而制成具有一定固含量的上浆剂，然而多数有机溶剂易挥发、污染环境，因此实际应用较少；乳液型上浆剂是以聚合物成膜剂、表面活性剂和水为主要物料，辅助以高剪切乳化机，通过反相乳化法制备。乳液型上浆剂在制备过程中几乎不使用有机溶剂，所以可以有效地避免溶剂型上浆剂的缺点，然而乳液型上浆剂的乳液粒径受乳化剂种类、乳化剂用量、乳化温度、乳化时间、机械搅拌速度等诸多因素的影响，为了制备性能优良的乳液要进行大量的配方试验，且制备过程中要考量的参数较多不易控制。综上，溶剂型和乳液型上浆剂有各自的优缺点，而随着研究的深入和制备方法的不断改进，通过化学改性的方法，在树脂中引入亲水基团，制备水溶性的上浆剂成为一种新的选择。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的不足，提供了一种含氧化石墨烯的多官能团环氧树脂基水溶性上浆剂的制备方法，可以有效地解决上述技术问题。

解决上述技术问题的技术方案如下：

提供一种含氧化石墨烯的多官能团环氧树脂基水溶性上浆剂，该水溶性上浆剂为水溶性多官能团环氧树脂、去离子水、稀释剂、仿生化合物以及氧化石墨烯组成的液体；所述的水溶性多官能团环氧树脂经过含醇羟基的氨基化合物、羧酸化合物以及稀释剂对多官能团环氧树脂改性获得。

特别的，其中：水溶性多官能团环氧树脂、去离子水、仿生化合物、氧化石墨烯在上浆剂中的质量比为：1～60：40～99：0.01～0.1：0.01～0.1。

同时，提供一种上述含氧化石墨烯的多官能团环氧树脂基水溶性上浆剂的制备方法，具体步骤如下：

步骤1)水溶性多官能团环氧树脂制备