[发明专利]共价有机框架材料改性环氧树脂上浆剂及其制备和应用

说明书

本发明提供了一种共价有机框架材料改性环氧树脂上浆剂及其制备方法和应用。该共价有机框架材料改性环氧树脂上浆剂，包括下列重量组分的原料组成：水的质量分数为50‑80％，环氧树脂的质量分数为10‑40％，共价有机框架材料的质量分数为0.1‑10％，乳化剂的质量分数为0.01％‑8％。和普通的上浆剂相比，本发明所述的上浆剂中含有共价有机框架材料，可以增加碳纤维表面的粗糙程度，增加碳纤维和树脂的摩擦力，提高碳纤维和树脂基体的界面强度，提高复合材料的力学性能。

技术领域

本发明涉及碳纤维用上浆剂技术领域，具体地说，涉及一种用于增强碳纤维层间剪切作用力修饰的共价有机框架材料改性环氧树脂上浆剂及其制备方法，以及该共价有机框架材料改性环氧树脂上浆剂对碳纤维表面改性的应用方法。

背景技术

碳纤维是一种以聚丙烯腈(PAN)、粘胶或者沥青基纤维为原丝，经过预氧化、碳化、石墨化等工艺制造的具有高的比强度和比模量的高性能纤维材料。与传统材料相比，碳纤维复合材料具有强度高、密度小的特点，同时还具有较高的耐热、耐腐蚀性，但其伸长率低且较脆，在使用过程中，因需反复拉伸和摩擦，会出现严重的起毛或断裂等问题。因此碳纤维上浆成为碳纤维生产过程中必不可少的环节。

一方面，上浆后碳纤维表面会形成功能性有机高分子层，使碳纤维的耐磨、集束、铺展性能，调节纤维干性和弹性得到优化，抑制碳纤维后加工和使用过程中毛丝的产生，使碳纤维适应复合材料成型过程中编织、铺层和缠绕等工艺的要求。另一方面，上浆工艺在惰性的碳纤维表面形成的有机高分子层，能够提高碳纤维与基体的润湿性、结合能力，复合材料成型时形成纤维和基体之间结合良好的界面，提高碳纤维与基体之间的界面粘结和复合材料的界面剪切强度(ILSS)。

近来，很多工作提及使用含有纳米材料的水性上浆剂，但传统无机纳米材料密度大，表面不易改性和修饰成为影响纳米材料在碳纤维上浆剂使用的最大问题。

发明内容

为解决纳米材料在上浆剂中应用的问题，本发明提出了一种共价有机框架材料改性环氧树脂上浆剂及其制备和应用。

本发明的技术方案具体如下：

本发明的第一目的在于提供了一种共价有机框架材料改性环氧树脂上浆剂，包括下列重量组分的原料组成：水的质量分数为50-80％，环氧树脂的质量分数为8-44％，共价有机框架材料的质量分数为0.1-10％，乳化剂的质量分数为0.01％-8％；

其中，所述共价有机框架材料，通过如下方法制备而得：

将四(4-醛基苯基)硅烷和四(4-氨基苯基)甲烷溶于1,4-二氧六环，加入或不加苯胺，再加入醋酸水溶液得反应溶液，将反应溶液于密封反应容器中在反应温度10℃-130℃条件下保持2-10天，反应结束后，对所得产物进行洗涤，干燥，制得共价有机框架材料。

进一步的，所述环氧树脂选自缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、脂环族环氧树脂、线性脂肪族型环氧树脂中的一种或多种的混合物。

进一步的，所述乳化剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺聚氧乙烯醚、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚、烷基醇酰胺、烷基聚葡萄糖苷、多元醇酯、氨盐、季铵盐、杂环类盐、羧酸盐、硫酸盐、脂肪醇硫酸盐、硫酸化油、磺酸盐、烷基萘磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐中的一种或多种的混合物。

所述改性环氧树脂上浆剂，包括下列重量组分的原料组成：水的质量分数为50-65％，环氧树脂的质量分数为35-44％，共价有机框架材料的质量分数为0.2-0.5％，乳化剂的质量分数为5-8％。

进一步的，所述改性环氧树脂上浆剂，包括下列重量组分的原料组成：水的质量分数为52.5％，环氧树脂的质量分数为42.1％，共价有机框架材料的质量分数为0.2％，乳化剂的质量分数为5.2％。