[发明专利]一种适用于回收碳纤维的水性上浆剂及上浆方法

说明书

本发明涉及回收碳纤维表面改性技术领域，特别涉及一种适用于回收碳纤维的水性上浆剂及上浆方法。该上浆剂利用三亚乙基四胺、双酚A型环氧树脂、环氧活性稀释剂和丙二醇甲醚合成水性成膜剂，同时利用气相生长碳纤维、过碳酸钠制备成膜改性剂，最后将水性成膜剂和成膜改性剂配制成上浆剂，最终利用真空渗透工艺将上浆剂对回收碳纤维进行上浆。所提供的上浆剂为水性上浆剂，具有环境友好污染性小的优点，同时结合所提供的上浆方法，能够达到上浆率容易控制，上浆效果较好的回收碳纤维产品，从而利于回收后的碳纤维再利用时的性能发挥。

技术领域

本发明涉及回收碳纤维表面改性技术领域，特别涉及一种适用于回收碳纤维的水性上浆剂及上浆方法。

背景技术

具有高强度、高模量的碳纤维作为增强材料用于制备得到的增强复合材料，由于具备低密度、高强度、高弹性模量及优越的抗腐蚀性能等优良特性而被广泛应用于航空航天、汽车制造及体育用品等领域。但是，随着越来越多的碳纤维复合材料使用寿命的结束，大量的碳纤维复合材料将被废弃，这造成了大量的资源浪费的同时，也对环境造成了污染。为了保护环境，并能能够在一定程度上节约资源促进资源再利用，碳纤维复合材料的回收利用技术日益被重视。

在碳纤维复合材料回收利用过程中，由于复合材料中的大部分基体为热固体高分子，受到回收工艺的限制，导致回收得到的碳纤维往往是杂乱的短纤维，同时，导致得到的碳纤维表面的上浆剂已经被破坏。回收得到的碳纤维如果作为增强材料进行再生利用时，需要在碳纤维表面重新进行上浆处理。

目前，对于新品碳纤维的上浆处理，主要是利用连续上浆装置对长纤维进行上浆，即使是需要用到的短切纤维，通常也是通过首先采用长纤维进行上浆处理后，再进行切断制备成短纤维。显然，目前并没有直接针对短纤维的上浆处理工艺。

由碳纤维复合材料回收得到的碳纤维一般呈非均质的团状或缠绕形态，碳纤维长度较短，如果直接采用现有的上浆剂配合相应的上浆方法对回收碳纤维进行上浆处理，会很难实现有效上浆，最终上浆的不理想将会影响回收碳纤维在后续再利用中的性能发挥。

因此，需要针对目前回收碳纤维得到的短纤维设计一种全新的上浆剂，并提供相应的上浆工艺，以配合目前的回收碳纤维在回收处理后的再利用中的性能发挥。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于回收碳纤维的水性上浆剂，同时提供相应的上浆方法，用以解决目前所存在的上述所给出的回收碳纤维再利用需要上浆困难的问题。本案所提供的上浆剂，可以用来对回收得到的碳纤维进行上浆处理以便于在此利用。这种上浆剂是水性特性，环境友好、污染性小。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种适用于回收碳纤维的水性上浆剂，所述上浆剂的制备方法具体包括：

1）水性成膜剂的合成：将三亚乙基四胺和丙二醇甲醚以1：(1~1.5)的摩尔比，在65-68℃下充分搅拌溶解后得到溶液A；将0.5~0.8倍于上述三亚乙基四胺摩尔数的双酚A型环氧树脂和丙二醇甲醚以1：(0.5~1)的摩尔比，在50-55℃下搅拌30分钟后，得到溶液B；将溶液B以滴加方式缓慢加入至溶液A中，并在65-68℃下反应2~3小时，得到产物C；将含有与上述双酚A型环氧树脂等摩尔的环氧活性稀释剂与等摩尔的丙二醇甲醚混合，得到溶液D；将产物C升温至80-85℃后，将溶液D缓慢加入至产物C中，并在80-85℃下搅拌不小于90分钟后，冷却至常温，加入去离子水搅拌均匀后，得到水性成膜剂；

2）成膜改性剂的制备：将0.5g气相生长碳纤维加入至含有0.3~0.8g过碳酸钠的200ml水溶液中，密闭容器后，加压至压力为0.15~0.20 MPa的条件下处理60~100分钟，清洗干燥后，缓慢加入含有0.3~0.6g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷和1g曲拉通的20ml乙醇溶液，搅拌均匀后，加入0.5g平平加O，搅拌均匀后，得到成膜改性剂；

3）上浆剂的配制：将水性成膜剂和成膜改性剂以体积比20：(1~2)混合均匀后，加水稀释得到适用于回收碳纤维的水性上浆剂。