[发明专利]原位合成纳米氧化物增强碳纤维上浆剂和玄武岩纤维浸润剂的制备及应用

说明书

本发明涉及一种原位合成纳米氧化物增强环氧树脂型碳纤维上浆剂和玄武岩纤维/玻璃纤维浸润剂的制备及产品和应用，采用氨基改性环氧树脂制备中间体，加入纳米氧化物前驱体，碱性条件下纳米氧化物前驱体水解，加入成盐试剂得原位合成纳米氧化物增强环氧树脂乳液。该原位合成纳米氧化物增强环氧树脂乳液具有自乳化、乳液胶束粒径尺寸可控、乳液储存稳定性好、热稳定性提高、耐黄变等优点，应用于环氧树脂型碳纤维上浆剂和玄武岩纤维/玻璃纤维浸润剂，可提高纤维的可加工性、力学性能及纤维增强树脂基体复合材料的层间剪切强度。

技术领域

本发明属于纤维界面改性助剂应用领域，涉及一种原位合成纳米氧化物增强环氧树脂型碳纤维上浆剂和玄武岩纤维/玻璃纤维浸润剂的制备及其产品和应用，具体涉及一种原位合成纳米氧化物增强环氧树脂型碳纤维上浆剂，玻璃纤维/玄武岩纤维浸润剂的制备。

背景技术

纤维界面改性助剂通常指碳纤维上浆剂、玻璃纤维/玄武岩纤维浸润剂等。碳纤维具有较高的轴向强度和模量，密度低、比性能高，无蠕变，耐疲劳性好，耐腐蚀性好，X射线透过性好、良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等诸多优点。碳纤维制成的复合材料在航空、航天、汽车、电子机械、化工、轻纺等民用工业及军事、高科技领域均有广泛的应用前景，碳纤维被誉为21世纪的新型材料。但是碳纤维是脆性材料，在生产过程中存在易摩擦起毛、单丝断裂等现象，这些都大大降低了碳纤维的强度。毛丝可能造成电器设备、仪表断路等事故，严重影响生产安全，给操作人员的健康带来危害。此外，毛丝的存在也会使树脂基体不能充分润湿碳纤维，在制备复合材料过程中容易产生孔隙，影响复合材料的力学性能。对碳纤维进行上浆处理，不仅可以有效的减少碳纤维的毛丝量，而且可以改善碳纤维与树脂基体的相容性，故上浆剂优劣直接影响碳纤维复合材料的性能。玄武岩纤维生产过程无污染、无危害，是绿色、环保的材料，在摩擦材料、造船材料、汽车行业等领域中具有广泛的应用。玻璃纤维具有绝缘性好、耐热性强和机械强度高等诸多优点，但也存在脆性、耐磨性差的缺点。浸润剂可以极大的提高玄武岩纤维和玻璃纤维的表面性能。

环氧树脂含有两个或多个环氧基团，环氧基是由一个氧原子和两个碳原子形成的环状结构，活性较高可以与胺、酰胺、酚等多种含有活泼氢的物质发生化学反应。环氧树脂本身具有良好的粘结性、防腐性、易在碳纤维表面形成强韧坚固的薄膜，对碳纤维起到保护作用而成为大多数碳纤维上浆剂的主要成分。纳米氧化物因其具有特殊的结构可以与环氧树脂紧密的结合，它不但能够提高环氧树脂型碳纤维上浆剂和玄武岩纤维/玻璃纤维浸润剂的热力学稳定性，而且可以优化上浆后纤维的表面性能，从而提高纤维复合材料的性能，受到人们的广泛关注。

中国专利CN 1050404444 A (公开日2015.11.11)公开了一种用于碳纤维的新型纳米二氧化硅水性环氧树脂型上浆剂的制备方法，将水性改性环氧树脂与纳米二氧化硅溶胶结合，加入芳香胺类固化剂、抗氧化剂和有机溶剂，制得纳米水性环氧树脂上浆剂，提高乳液的稳定性和上浆后碳纤维的韧性。但制备的环氧树脂型上浆剂采用外加乳化剂，存在着稳定性差、易破乳等缺点。将制得的改性环氧树脂与碱性条件下制得的纳米二氧化硅结合，两者的结合力不是很强，制备效率低，且需要高温固化，容易产生沉淀，稳定性差、成本高。

发明内容

针对现有技术中纳米氧化物在乳液中的分散性及储存稳定性；纤维的力学性能和层间剪切强度不足等问题，本发明的目的在于提供一种原位合成纳米氧化物增强环氧树脂型碳纤维上浆剂和玄武岩纤维/玻璃纤维浸润剂的制备方法。

本发明的另一目的在于：提供一种上述方法制备的原位合成纳米氧化物增强环氧树脂型碳纤维上浆剂和玄武岩纤维/玻璃纤维浸润剂产品。

本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：一种原位合成纳米氧化物增强环氧树脂型碳纤维上浆剂和玄武岩纤维/玻璃纤维浸润剂的制备方法，其特征在于该方法包括如下合成步骤：