[发明专利]碳纤维用上浆剂及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳纤维用上浆剂及制备方法和应用。该上浆剂为乳液型，其包含主浆料和表面活性剂；所述主浆料由热塑性聚芳硫醚聚合物和水组成；所述热塑性聚芳硫醚聚合物为所述主浆料的0.05wt％～10wt％，所述表面活性剂为所述主浆料的0.05wt％～3wt％。本发明的上浆剂可以改善聚芳硫醚聚合物基碳纤维增强复合材料的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维用上浆剂及制备方法和应用，尤其是一种乳液型碳纤维用上浆剂及制备方法和应用。

背景技术

碳纤维是一种重要的增强纤维，具有耐高温、强度高、模量大、耐腐蚀等优点。碳纤维因其优异性能被广泛应用在航天航空、土木建筑、体育用品、医疗器械等领域。碳纤维本身具有脆性，在生产、纺织和运输过程中经过机械摩擦容易出现单丝断裂、产生毛丝等现象，从而影响碳纤维性能。毛丝现象还不利于树脂基体的浸润，容易在制品内部产生空隙，从而降低复合材料的综合性能。在实际生产中，碳纤维通常都会进行上浆处理以减少加工和运输过程中出现的缺陷。上浆剂在碳纤维表面形成保护膜，增强碳纤维的韧性，使得碳纤维不容易断裂，同时减少生产、纺织和运输过程中的摩擦，减少毛丝现象。上浆剂成分在碳纤维表面引入了有机活性基团，可增强碳纤维和树脂的界面强度，并且上浆剂具有集束功能，有利于碳纤维纺织工艺。

常用的碳纤维上浆剂有溶液型和乳液型。溶剂型上浆剂是有机树脂溶解在乙醇、丙酮等有机溶剂中配制而成的。例如，CN102660874A公开了一种聚芳醚类树脂上浆剂，可以与聚芳醚类热塑性树脂进行复合。由于其存在大量有机溶剂，容易在上浆过程中造成环境污染，并且有机溶剂的挥发使会使得树脂残留在导辊上，对碳纤维后续浸润造成不良影响。

乳液型上浆剂具有上浆稳定性好、高渗透率、浸渍时间短等特点，是目前上浆剂研究的一个重要方向。但是，乳液型碳纤维上浆剂都是热固性上浆剂。例如CN102899900A、CN101736593A公开了以环氧树脂为主浆料的乳液型上浆剂。又如，CN104736759A公开了一种碳纤维与基体树脂的界面粘合性优异、力学特性优异的碳纤维增强树脂组合物，由涂布有上浆剂的碳纤维和基体树脂形成，上浆剂至少含有脂肪族环氧化合物(A)和作为芳香族化合物(B)的芳香族环氧化合物(B1)。再如，CN102878937A、CN102978936A公开了乳液型碳纤维用上浆剂，其主要成分为环氧树脂、改性剂和表面活性剂等。这些热固性上浆剂和热塑性树脂基体的相容性差，无法有效地将应力传递到碳纤维上，影响复合材料的力学性能。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本申请的发明人进行了深入研究，发现以水为分散介质，以热塑性树脂聚芳硫醚聚合物为上浆剂主要成分，并辅以表面活性剂可以提高碳纤维涂覆的上浆剂与热塑性树脂的相容性，进而改善复合材料的性能。

本发明的一个目的在于提供一种碳纤维用上浆剂，其可以改善碳纤维涂覆的上浆剂与热塑性树脂的相容性。

本发明的另一个目的在于提供上述碳纤维用上浆剂的制备方法，其生产成本较低、工艺简单。

本发明的再一个目的在于提供上述碳纤维用上浆剂的应用，其可以改善碳纤维涂覆的上浆剂与热塑性树脂的相容性，进而提高复合材料的力学性能。

本发明的其他目的在于提供一种碳纤维增强复合材料，其层间剪切强度得到提高。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种碳纤维用上浆剂，所述的上浆剂为乳液型，其包含主浆料和表面活性剂；所述主浆料由热塑性聚芳硫醚聚合物和水组成；所述热塑性聚芳硫醚聚合物为所述主浆料的0.05wt％～10wt％，所述表面活性剂为所述主浆料的0.05wt％～3wt％。本发明的上浆剂基本上不含有有机溶剂。因此，本发明的上浆剂具有成本低、污染低、方便运输、使用方便等优点，并且解决现有技术中可挥发性有机化合物所引起的对生态环境和操作人员人身健康造成的威胁。所谓基本上不含有，表示有机溶剂的质量为所述主浆料质量的0～0.005wt％，优选为0～0.00005wt％，更优选为0～0.000001wt％。