一种聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂及其制备方法与应用与流程

本发明涉及碳纤维表面处理，具体而言，涉及一种聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、碳纤维具有高比强度、高比模量、低密度、耐腐蚀等优异性能，是先进复合材料的核心增强体，广泛应用于航空航天、新能源风电、高端汽车、轨道交通等关键领域。上浆剂作为碳纤维表面处理的核心配套材料，其性能直接决定碳纤维的集束性、耐磨性、抗静电性，以及碳纤维与树脂基体的界面结合强度，进而影响复合材料的综合服役性能。

2、目前，环氧树脂基上浆剂因与环氧类基体树脂相容性好、界面结合力强，是工业上应用最广泛的碳纤维上浆体系，但相应的环氧树脂上浆膜存在脆性大、抗冲击性能差、耐热性不足、耐湿热老化性能欠佳等固有缺陷，在碳纤维高速加工（如编织、缠绕）过程中易出现上浆膜开裂、脱落，导致毛丝、断丝增多；在复合材料长期服役过程中，易发生界面脱粘，严重影响复合材料的结构稳定性和使用寿命。

3、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂及其制备方法与应用，以解决或改善上述技术问题。

2、本发明可以这样实现：

3、第一方面，本发明提供一种聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂，聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂中含有聚硅氧烷改性环氧树脂；

4、聚硅氧烷改性环氧树脂由聚硅氧烷与环氧树脂通过共聚反应得到；

5、聚硅氧烷包括端环氧基苯基聚硅氧烷、端氨基聚二甲基硅氧烷和端烷氧基聚甲基苯基硅氧烷中的至少一种；环氧树脂为双酚f环氧树脂。

6、在可选的实施方式中，端环氧基苯基聚硅氧烷的分子结构通式为：[双酚f环氧主链]-o-ch2-ch(oh)-ch2-o-[si(ph)(ch3)-o]n-si(ph)(ch3)-o-ch2-ch(oh)-ch2-o-[双酚f环氧主链]，其中n=10~30，数均分子量mn为2500~5500，端环氧基苯基聚硅氧烷的环氧值为0.25eq/100g~0.35eq/100g。

7、在可选的实施方式中，端氨基聚二甲基硅氧烷的分子结构通式为：h2n-(ch2)3-si(ch3)2-o-[si(ch3)2-o]q-si(ch3)2-(ch2)3-nh2，其中q=15~40，数均分子量mn为3000~6000，氨基含量为0.3mmol/g~0.8mmol/g。

8、在可选的实施方式中，端烷氧基聚甲基苯基硅氧烷为端甲氧基聚甲基苯基硅氧烷。

9、在可选的实施方式中，端甲氧基聚甲基苯基硅氧烷的分子结构通式为：ch3o-si(ch3)(ph)-o-[si(ch3)(ph)-o]m-si(ch3)(ph)-och3，其中m=10~25，数均分子量mn为2500~5000，甲氧基含量为5wt%~10wt%，苯基与甲基的摩尔比为1:2至1:4。

10、在可选的实施方式中，聚硅氧烷改性环氧树脂的制备包括：将聚硅氧烷和环氧树脂在催化剂存在的条件下进行反应。

11、在可选的实施方式中，反应温度为100℃~130℃，反应时间为5h~8h。

12、在可选的实施方式中，聚硅氧烷与环氧树脂的质量比为1:(0.3~0.6)。

13、在可选的实施方式中，催化剂包括三苯基膦、二月桂酸二丁基锡和钛酸四丁酯中的至少一种。

14、在可选的实施方式中，按重量份数计，聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂包括30~50份聚硅氧烷改性环氧树脂、5~12份水性固化剂、1~3份偶联剂、2~5份平滑剂、0.5~2份抗静电剂以及40~60份水。

15、在可选的实施方式中，水性固化剂包括改性脂环胺水性固化剂；

16、和/或，偶联剂包括硅烷偶联剂kh-560与钛酸酯偶联剂的复配体系；

17、和/或，平滑剂包括聚醚改性硅油；

18、和/或，抗静电剂包括季铵盐类阳离子抗静电剂。

19、第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂的制备方法，包括以下步骤：将制备原料在1500r/min~2000r/min的转速下分散30min~45min。

20、第三方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂在碳纤维加工中的应用。

21、本发明的有益效果包括：

22、本发明通过将特定端基的聚硅氧烷与双酚f环氧树脂进行化学键接枝共聚得到的聚硅氧烷改性环氧树脂作为上浆剂的有效成分，能够有效提升抗冲击性，增强界面结合力。

23、本发明提供的上浆剂能够均匀成膜并适度交联，既能对碳纤维提供优异的集束、耐磨与抗静电保护作用，又能克服纯环氧上浆剂脆性大、耐热耐湿热差、高速加工易开裂脱落的问题，同时避免传统物理共混体系相容性差、相分离严重、界面结合弱的缺陷，对碳纤维加工性能、复合材料界面性能与长期服役稳定性都有显著提升与改善。

1.一种聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂，其特征在于，所述聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂中含有聚硅氧烷改性环氧树脂；

2.根据权利要求1所述的聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂，其特征在于，所述端环氧基苯基聚硅氧烷的分子结构通式为：[双酚f环氧主链]-o-ch2-ch(oh)-ch2-o-[si(ph)(ch3)-o]n-si(ph)(ch3)-o-ch2-ch(oh)-ch2-o-[双酚f环氧主链]，其中n=10~30，数均分子量mn为2500~5500，所述端环氧基苯基聚硅氧烷的环氧值为0.25eq/100g~0.35eq/100g。

3.根据权利要求1 所述的聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂，其特征在于，所述端氨基聚二甲基硅氧烷的分子结构通式为：h2n-(ch2)3-si(ch3)2-o-[si(ch3)2-o]q-si(ch3)2-(ch2)3-nh2，其中q=15~40，数均分子量mn为3000~6000，氨基含量为0.3mmol/g~0.8mmol/g。

4.根据权利要求1所述的聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂，其特征在于，所述端烷氧基聚甲基苯基硅氧烷为端甲氧基聚甲基苯基硅氧烷；

5.根据权利要求1所述的聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂，其特征在于，所述聚硅氧烷改性环氧树脂的制备包括：将聚硅氧烷和环氧树脂在催化剂存在的条件下进行反应。

6.根据权利要求5所述的聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂，其特征在于，反应温度为100℃~130℃，反应时间为5h~8h；

7.根据权利要求1~6任一项所述的聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂，其特征在于，按重量份数计，所述聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂包括30~50份所述聚硅氧烷改性环氧树脂、5~12份水性固化剂、1~3份偶联剂、2~5份平滑剂、0.5~2份抗静电剂以及40~60份水。

8.根据权利要求7所述的聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂，其特征在于，所述水性固化剂包括改性脂环胺水性固化剂；

9.一种如权利要求1~8任一项所述的聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将制备原料在1500r/min~2000r/min的转速下分散30min~45min。

10.一种如权利要求1~8任一项所述的聚硅氧烷改性环氧树脂碳纤维上浆剂在碳纤维加工中的应用。