[发明专利]一种石墨烯改性上浆剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种石墨烯改性上浆剂及其制备方法和应用，具体公开了以下步骤：(1)制备水溶性聚酰胺树脂；(2)将亲水性石墨烯和碱性稳定剂分散在水中，使得水溶液的pH为7～12，然后将水溶性聚酰胺加入到以上的水溶液中，得到石墨烯改性上浆剂，水溶性聚酰胺的含量为0.1wt％～50wt％，石墨烯或改性石墨烯的加入量为0.001wt％～10wt％，稳定剂的加入量为0wt％～10wt％，余量为水。该上浆剂有良好的稳定性和水溶性，对环境污染小，生产成本低，工艺步骤简单，能有效提高碳纤维增强聚酰胺基复合材料的界面剪切强度。

【技术领域】

本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种石墨烯改性水性聚酰胺上浆剂及其制备方法和应用。

【背景技术】

碳纤维具有比强度和模量高(强度或模量/密度)、耐高温、难腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、高导电导热和低热膨胀系数等一系列的优异的性能，是目前的热点新材料之一。碳纤维是脆性材料，在生产及加工过程中，经机械摩擦容易起毛，或出现单丝断裂等现象，使碳纤维的强度降低；而且，碳纤维表面惰性，树脂基体不能充分润湿碳纤维，在复合材料制备中容易产生孔隙，从而影响复合材料的力学性能。因此，需要特定的加工工艺进行处理。

上浆是目前解决上述问题的主要方法之一。上浆有利于碳纤维单丝集成丝束，便于后续加工。上浆剂不仅能够弥补碳纤维表面的缺陷，提高单丝强度，而且能避免碳纤维在加工过程中断裂或表面损伤。此外，在碳纤维增强聚合物基复合材料中，上浆剂还能改善树脂基体对碳纤维的浸润性，从而提高两者之间的界面结合强度。

碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)具有抗冲击、耐高温，成型周期短、可循环利用等优点，广泛应用于航天航空、国防军工、汽车工业、体育用品等领域。但是目前商品化的上浆剂主要是以环氧树脂为主的热固性的上浆剂，与环氧树脂基复合材料相匹配。应用于热塑性树脂基复合材料时存在相容性不良的问题，同时无法满足其高温加工的要求，因此不适合于碳纤维增强热塑性树脂复合材料的界面优化。

在热塑性聚合物种，聚酰胺6(尼龙6)是一种半结晶的主链含有大量酰胺键的聚合物，具有优良的机械性能、抗冲击、耐磨性好、自润滑、耐化学腐蚀等特点，已经广泛应用于齿轮、滑轮、叶片、覆盖件、地板等零部件。碳纤维增强聚酰胺6树脂基复合材料在轻量化技术领域有望得到大量的应用，但是由于聚酰胺6树脂粘流态温度高、熔融粘度大、与碳纤维基体相容性不佳等问题导致其加工困难，复合材料界面性能差，直接降低了复合材料的机械性能。

为了解决上述问题，需要开发出一种针对热塑性尼龙基体的碳纤维上浆剂，来提高碳纤维与尼龙基体的相容性和界面剪切强度。

【发明内容】

为了解决上述问题，本发明提供了一种石墨烯改性上浆剂，能够提高碳纤维与尼龙基体的相容性和界面剪切强度。

本发明还提供了上述石墨烯改性上浆剂的制备方法，制备过程工艺简单，环境友好，生产成本低。

本发明还提供了上述石墨烯改性上浆剂的应用，能有效提高聚酰胺树脂基复合材料的界面剪切强度(IFSS)。

本发明的技术方案是：

一种石墨烯改性上浆剂，其特征在于，包含0.1wt％～50wt％水溶性聚酰胺树脂、0.001wt％～10wt％石墨烯、0wt％～10wt％稳定剂的加入量，余量为水；所述石墨烯为表面含有羟基、氨基、羧基、酯基、醛基、醚基、酰肼基、酰胺基、磷酸基或磺酸基基团的亲水性石墨烯；所述稳定剂为氨水或弱碱性的磺酸盐、硫酸酯盐型阴离子表面活性剂。

进一步的，上述亲水性石墨烯为氧化石墨烯、没食子酸还原石墨烯、缩水甘油醚超支化改性石墨烯或聚酰胺胺改性石墨烯。

进一步的，上述稳定剂为弱碱性的氨水、十二烷基硫酸铵、十二烷基醇醚硫酸铵(AESA)、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种。