一种水性处理用碳纤维上浆剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及碳纤维技术领域，具体而言，涉及一种水性处理用碳纤维上浆剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.碳纤维具有强度、模量高，质量轻、抗腐蚀、高导电、生物相容性好等特点，其应用范围包括航空航天、高端体育娱乐、汽车应用、风电、新能源、压力容器以及建筑补强等多个工业领域。碳纤维纸就是其中的一类，可用作防静电包装纸、面状发热材料、电磁波屏蔽材料、导电纸、质子交换膜燃料电池用气体扩散层材料。
3.碳纤维纸的主要原料为碳纤维，可以是聚丙烯腈基、沥青基、纤维束基碳纤维中的任一种，碳纤维直径一般在5-20μm，长度在5-20mm。在燃料用碳纤维纸的制造过程中，需要对碳纤维进行预处理，将其切断为一定长度的短切碳纤维，分散到水中，因此要求纤维具有良好的亲水性。目前国内厂商生产碳纤维主要作为增强材料，以环氧树脂等作为基体材料，用于增强复合材料，其表面上浆剂主要成分为树脂，亲水性和分散性很差。即使有些上浆剂为自乳化的水性树脂，但是在烘干过程中，亲水基团都被破坏，使得纤维失去亲水性。
4.为了改善碳纤维在水中的分散性，一般采用无浆碳纤维或者采用水溶性聚合物或表面活性剂为主要成分的上浆剂进行表面处理，这样的操作能够改善碳纤维在水中的分散性，但是也带来了一些问题，主要是碳纤维集束性差。专利cn104975508a公布了一种水溶性碳纤维上浆剂的制备方法，该方法采用的水溶性聚合物大都为表面活性剂，亲水性好，能够在水中分散，但是纤维的集束性差。碳纤维集束性较差，造成纤维发散、毛丝较多，特别是在制备短切碳纤维时，纤维在退绕时易于缠辊，短切后纤维长短不一，不利于后续碳纤维纸的加工。
5.因此为了改善碳纤维的可加工性，需要碳纤维在切割前保持一定的集束性，保证纤维的顺利退绕及切割。同时还需要纤维具有良好的水分散性，纤维束能以单丝状态快速分散在水中，且不发生团聚。
6.鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种水性处理用碳纤维上浆剂及其制备方法和应用，该水性处理用碳纤维上浆剂处理的碳纤维束具有良好的集束性，能够快速分散在水中且抑制纤维的团聚。
8.本发明是这样实现的：
9.第一方面，本发明提供一种水性处理用碳纤维上浆剂，其组分包括：水性聚合物、改性淀粉、第二乳化剂和水，其中，所述水性聚合物是由质量比为(10-12)：(3-10)的含羟基的第一乳化剂和环氧树脂经开环聚合获得的，所述改性淀粉和所述第二乳化剂的质量比为(0.5-3)：(5-30)；所述水性聚合物的质量与所述改性淀粉和所述第二乳化剂的质量之和的
比例为(5-20):1，所述水的用量包括使所述水性处理用碳纤维上浆剂的最终固含量为20-50％；
10.优选地，所述组分包括a组分和b组分，其中，所述a组分是将所述第一乳化剂和所述环氧树脂分散于第一水溶剂中制得的理论固含量为20％-55％的水溶性浆料；所述b组分是将所述改性淀粉和所述第二乳化剂分散于第二水溶剂中制得的理论固含量为5％-30％的浆料；
11.优选地，所述a组分的原料按重量份数计包括第一乳化剂100-120份、环氧树脂30-100份和第一水溶剂106-880份；所述b组分的原料按重量份数计包括改性淀粉0.5-3份、第二乳化剂5-30份和第二水溶剂12-627份；所述a组分的固含物和所述b组分的固含物的质量比为(5-20):1。
12.第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项所述的水性处理用碳纤维上浆剂的制备方法，其包括：将所述水性聚合物、所述改性淀粉、所述第二乳化剂和所述水混合均匀；
13.优选地，将所述第一乳化剂和所述环氧树脂经接枝改性得到水性聚合物，接着加入所述第一水溶剂，得到固含量在20％-55％的水溶性浆料作为所述a组分；
14.将所述改性淀粉和所述第二乳化剂溶解至所述第二水溶剂中，形成固含量在5％-30％的浆料作为所述b组分；
15.将所述a组分和所述b组分按照固含物质量比为(5-20):1进行混合。
16.第三方面，本发明提供如前述实施方式任一项所述的水性处理用碳纤维上浆剂或者如前述实施方式任一项所述的水性处理用碳纤维上浆剂的制备方法制备获得的水性处理用碳纤维上浆剂在制备易于在水中分散的碳纤维、碳纤维纸或水处理用长纤维中的应用。
17.第四方面，本发明提供一种水分散碳纤维，其是将碳纤维浸泡于如前述实施方式任一项所述的水性处理用碳纤维上浆剂中进行上浆，上浆量为1～2.5wt％；
18.优选地，所述碳纤维包括聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或者黏胶基碳纤维；
19.优选地，所述碳纤维由1000-60000根碳纤维单丝集束形成。
20.本发明具有以下有益效果：本技术提供的水性处理用碳纤维上浆剂通过第一乳化剂和环氧树脂预先反应形成水性聚合物，第一乳化剂中的羟基与环氧树脂的环氧基团进行开环反应，将环氧树脂接上亲水性的第一乳化剂，使得油溶性的环氧树脂具有亲水性和自乳化性能，同时由于聚合物分子量的增加，赋予上浆后的纤维具有良好的集束性。本技术中改性淀粉作为定型剂，保持纤维束溶于水后不发生团聚、下沉，第二乳化剂的加入可以补充纤维的亲水性及保湿性。制备获得的水性处理用碳纤维上浆剂采用纯水为溶剂，乳液稳定性好，使用环境环保，便于稀释到不同浓度上浆使用。本发明制备的水性处理用碳纤维上浆剂能够和碳纤维紧密结合，可以赋予纤维良好的集束性，同时兼具一定的韧性和亲水性，有效改善了单纯使用乳化剂和/或表面活性剂造成纤维发散、毛丝多和加工工艺性能差等问题。利用该水性处理用碳纤维上浆剂对碳纤维束进行上浆处理，处理后的碳纤维束具有良好的集束性，能够快速分散在水中且抑制纤维的团聚。本技术提供的水性处理用碳纤维上浆剂可以广泛应用于制备易于在水中分散的碳纤维、碳纤维纸或水处理用长纤维中。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
22.图1为本技术提供的悬垂值的测试方法图。
23.图标：1-固定带；2-碳纤维束；3-砝码；4-台基。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
25.本技术提供了一种水性处理用碳纤维上浆剂，其组分包括：水性聚合物、改性淀粉、第二乳化剂和水，其中，水性聚合物是由质量比为(10-12)：(3-10)的含羟基的第一乳化剂和环氧树脂经开环聚合获得的，改性淀粉和所述第二乳化剂的质量比为(0.5-3)：(5-30)；水性聚合物的质量与改性淀粉和第二乳化剂的质量之和的比例为(5-20):1，水的用量包括使水性处理用碳纤维上浆剂的最终固含量为20-50％。本技术中通过限定各个组分之间的质量比，同时用最终固含量的范围来限定水的用量。
26.优选地，为了更便于确定水性聚合物的质量与改性淀粉和第二乳化剂的质量之和的比例，本技术中将组分分为a组分和b组分，其中，a组分是将第一乳化剂和环氧树脂分散于第一水溶剂中制得的理论固含量为20％-55％的水溶性浆料；b组分是将改性淀粉和第二乳化剂分散于第二水溶剂中制得的理论固含量为5％-30％的浆料。
27.具体来说，在上述质量比的范围下，本技术列出了一种典型但非限制性的示例：a组分的原料按重量份数计包括第一乳化剂100-120份、环氧树脂30-100份和第一水溶剂106-880份；b组分的原料按重量份数计包括改性淀粉0.5-3份、第二乳化剂5-30份和第二水溶剂12-627份；本技术中，第一水溶剂和第二水溶剂的用量选择以需要配制的a组分和b组分的固含量来计算，按照上述重量份数分别配制a组分和b组分之后，再按照a组分的固含物和b组分的固含物的质量比为(5-20):1来对a组分和b组分进行混合，即可得到本技术的水性处理用碳纤维上浆剂。应理解，本技术中的重量份的单位可以为克、千克等，同时在具体操作过程中，可以对上述a组分和b组分的重量份进行等比例的扩大或缩小，例如等比例调整可以为上述重量份的0.1、0.5、1、1.2、5、10、50、100倍等。
28.接着对a组分的原料的具体选择进行进一步地限定。
29.其中，环氧树脂包括双酚a型环氧树脂和双酚f型环氧树脂中的至少一种；优选地，环氧树脂为双酚a型环氧树脂，优选地，双酚a型环氧树脂包括但不限于双酚a型环氧树脂e54、双酚a型环氧树脂e51和双酚a型环氧树脂e44中的至少一种。
30.第一乳化剂和第二乳化剂均为非离子型表面活性剂，优选地，非离子型表面活性剂包括但不限于脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇和聚丙二醇中的至少一种；
31.其中，脂肪醇聚氧乙烯醚的通式为ro(ch2ch2o)nh，r为饱和或不饱和c
12
～c
18
的烃基。n是环氧乙烷的加成数，为了使体系具有更好的亲水性，n为6～30。优选地，脂肪醇聚氧乙烯醚包括但不限于乳化剂moa、aeo和平平加o中的至少一者。烷基酚聚氧乙烯醚的通式为ch3(ch2)
x
c6h4(oc2h4)noh，从亲水性考虑，烷基酚聚氧乙烯醚的环氧乙烷加成数n大于等于7；更优选地，烷基酚聚氧乙烯醚包括但不限于壬基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。聚乙二醇的化学结构为ho(ch2ch2o)nh，分子量在600-4000，n为12～85；优选地，聚丙二醇的分子量为200-600；
32.a组分的原料按重量份数计还包括催化剂0.1-0.5份；催化剂可以催化第一乳化剂和环氧树脂进行开环反应，优选地，催化剂包括但不限于三苯基磷、三氟化硼络合物、强无机酸和强碱中的至少一种。
33.本技术中通过大量的第一乳化剂和环氧树脂进行配合，使得第一乳化剂中的羟基与环氧树脂的环氧基团进行开环反应，将环氧树脂接上亲水性的乳化剂，使得油溶性的环氧树脂具有亲水性和自乳化性能，同时由于聚合物分子量的增加，赋予上浆后的纤维具有良好的集束性。
34.接着对b组分中的原料的具体选择进行进一步地限定。
35.其中，改性淀粉包括但不限于羧甲基淀粉、磷酸酯化淀粉、预糊化淀粉、羟乙基淀粉和羟丙基淀粉中的一种或几种。改性淀粉作为定型剂，可以有效保持纤维束溶于水后不发生团聚和下沉。
36.第二乳化剂可以为非离子型表面活性剂或者离子型乳化剂，当第二乳化剂为非离子型表面活性剂时，可以选择第一乳化剂的选择中的一种或多种的组合。
37.b组分的原料按重量份数计还包括消泡剂0.1-0.5份，消泡剂于形成浆料之前加入；消泡剂可以消除b组分在混合后形成的泡沫，从而减少稀释搅拌过程中的发泡现象。优选地，消泡剂包括但不限于有机硅类水性消泡剂；优选地，有机硅类水性消泡剂包括byk-018、byk-022、byk-024和byk-025中的至少一种。
38.此外，本技术还提供了上述水性处理用碳纤维上浆剂的制备方法，其包括如下步骤：
39.s1、制备a组分。
40.将第一乳化剂和环氧树脂经接枝改性得到水性聚合物，接着加入第一水溶剂，得到固含量在20％-55％的水溶性浆料作为a组分。
41.具体来说，本技术中，通过将第一乳化剂和环氧树脂在70℃-90℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在100℃-120℃，加入催化剂，反应2-2.5h后，得到水性聚合物，接着加入第一水溶剂，降温至70-90℃，得到固含量在20％-55％的水溶性浆料。
42.s2、制备b组分。
43.将改性淀粉和第二乳化剂溶解至第二水溶剂中，形成固含量在5％-30％的浆料作为b组分。
44.在温度为40℃-80℃、搅拌速度为100转/分-600转/分的条件下，将改性淀粉和第二乳化剂溶解至第二水溶剂中，再加入消泡剂，形成固含量在5％-30％的浆料。
45.s3、a组分和b组分混合。
46.将a组分和b组分按照固含质量比为(5-20):1进行混合。
47.本技术中通过分别制备a组分和b组分，使得a组分中的第一乳化剂和环氧树脂预先反应形成水性聚合物，第一乳化剂中的羟基与环氧树脂的环氧基团进行开环反应，将环氧树脂接上亲水性的第一乳化剂，使得油溶性的环氧树脂具有亲水性和自乳化性能，同时由于聚合物分子量的增加，赋予上浆后的纤维具有良好的集束性。同时使b组分中的改性淀粉在第二乳化剂的作用下预先溶解，避免直接加入改性淀粉而出现难以混合均匀的情况，其中，改性淀粉作为定型剂，保持纤维束溶于水后不发生团聚、下沉，在b组分中加入少量第二乳化剂，补充纤维的亲水性及保湿性，加入消泡剂减少稀释搅拌过程中的发泡现象，最后加入去离子水进行稀释混合。随后将a组分和b组分进行混合，混合更为均匀。制备获得的水性处理用碳纤维上浆剂烘干后仍具有良好的水溶性，同时具有一定的韧性，能够解决纤维集束性和亲水性的问题，利用该水性处理用碳纤维上浆剂对碳纤维束进行上浆处理，处理后的碳纤维束具有良好的集束性，能够快速分散在水中且抑制纤维的团聚。
48.本技术提供的水性处理用碳纤维上浆剂可以广泛应用于制备易于在水中分散的碳纤维、碳纤维纸或水处理用长纤维中的应用。
49.此外，本技术还提供了一种水分散碳纤维，其是将碳纤维浸泡于上述水性处理用碳纤维上浆剂中进行上浆，上浆量为1～2.5wt％；优选地，碳纤维包括但不限于聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或者黏胶基碳纤维；优选地，碳纤维由1000-60000根碳纤维单丝集束形成。该水分散碳纤维开纤性好，放入水中可在几秒到几十秒内分散开，不发生团聚。
50.为了便于对本技术的理解，针对本技术中出现的性能参数的检测方法进行如下说明：
51.(1)悬垂值
52.碳纤维束的悬垂值定义和测试方法如下。
53.从丝筒上拉出一段碳纤维束丝，剪取长度40cm。将碳纤维束2的一端用固定带1垂直固定，另一端下挂荷重100g砝码3，在测定的温湿条件下静置30min，以校正碳纤维束2的弯曲和扭曲(图1中a)。取下负荷砝码3，将碳纤维束2固定在水平长方形台基4上，用固定带1固定，用直尺测量确保碳纤维束2末端与台基的水平距离为25cm(图1中b)。让碳纤维束2自然垂下，同时按下秒表，2min后测定碳纤维束末端点的水平距离l，精确到0.1cm，重复3次测试。上述3个数值取平均值，得到该碳纤维样品的悬垂值。
54.悬垂值越大，说明纤维越硬，悬垂值越小，则说明纤维束越柔软。
55.(2)开纤性测试方法
56.首先准备一个直径300mm，高度300mm的透明圆筒装容器，在容器中装满水。将碳纤维剪成长度约6mm的短切碳纤维试样。
57.取0.01g作为试样的短切碳纤维从圆筒的中心位置投放到上述容器静置的水中，待试样完全沉入水底后，测量试样扩散最大距离。扩散的距离越大，说明纤维的在水中分散性越好。
58.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
59.实施例1
60.步骤一、a组分制备：
61.将100g乳化剂moa-9与30g环氧树脂e51在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入0.1g催化剂，反应2h后，得到水性聚合物，缓慢加入130g纯水，降温
至80℃，得到理论固含量约为50％的水溶性浆料。
62.步骤二、b组分制备：
63.在1000g水中加入5g羧甲基淀粉、50gmoa-15，在70℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和moa-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入1g消泡剂byk-018，形成理论固含量约为5％的浆料。
64.步骤三、制备上浆剂
65.取上述260ga组分(固含物为130g)、520gb组分(固含物为26g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为5:1，终产物的固含量为20％。
66.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的12k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中5分钟，取出后烘干，得到上浆处理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量为1.2％，按照测试悬垂值的方法测得纤维悬垂值为4.5cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为29cm。
67.实施例2
68.步骤一、a组分制备：
69.将100g乳化剂aeo-9与30g环氧树脂e51在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入0.1g催化剂，反应2h后，得到水性聚合物，缓慢加入150g纯水，降温至90℃，得到理论固含量约为46％的水溶性浆料。
70.步骤二、b组分制备：
71.在1000g水中加入5g羧甲基淀粉、100gmoa-15，在80℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和moa-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入1g消泡剂byk-018，形成理论固含量约为10％的浆料。
72.步骤三、制备上浆剂
73.取上述280ga组分(固含物为130g)、260b组分(固含物为13g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为10:1，终产物的固含量为26％。
74.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的12k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中3分钟，取出后烘干，得到上浆处理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量为1.2％。按照测试悬垂值的方法测试纤维悬垂值为4.7cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为25cm。
75.实施例3
76.步骤一、a组分制备：
77.将120g乳化剂aeo-9与40g环氧树脂e51在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入0.2g催化剂，反应2.5h后，得到水性聚合物，缓慢加入150g纯水，降温至70℃，得到理论固含量约为52％的水溶性浆料。
78.步骤二、b组分制备：
79.在1000g水中加入10g羧甲基淀粉、50gmoa-15，在40℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和moa-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入2g消泡剂byk-018，形成固含量在6％的浆料。
80.步骤三、制备上浆剂
81.取上述260ga组分(固含物为135.2g)、150gb组分(固含物为9g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为15:1，终产物的固含量为35％。
82.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的6k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中5分钟，取出后烘干，得到上浆处理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量在2.5％，按照测试悬垂值的方法测得纤维悬垂值为4.3cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为23cm。
83.实施例4
84.步骤一、a组分制备：
85.将100g乳化剂平平加o-30与30g环氧树脂e51在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入催化剂0.1g，反应2h后，得到水性聚合物，缓慢加入110g纯水，降温至80℃，得到固含量在54.2％的水溶性浆料。
86.步骤二、b组分制备：
87.在495g水中加入10g羧甲基淀粉、50gmoa-15，在80℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和moa-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入1g消泡剂byk-018，形成固含量在11％的浆料。
88.步骤三、制备上浆剂
89.取上述240ga组分(固含物为130g)、109gb组分混合(固含物为12g)，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为20:1，终产物的固含量为41％。
90.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的6k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中5分钟，取出后烘干，得到上浆处理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量为2.5％，按照测试悬垂值的方法测得纤维悬垂值为4.2cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为24cm。
91.实施例5
92.步骤一、a组分制备：
93.将100g乳化剂平平加o-30与50g环氧树脂e51在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入0.1g催化剂，反应2h后，得到水性聚合物，缓慢加入600g纯水，降温至70℃，得到固含量在20％的水溶性浆料。
94.步骤二、b组分制备：
95.在700g水中加入30g羧甲基淀粉、270gmoa-15，在70℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和moa-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入1g消泡剂byk-018，形成固含量在30％的浆料。
96.步骤三、制备上浆剂
97.取上述260ga组分(固含物为52g)、30gb组分(固含物为9g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为5.8:1，终产物的固含量为21％。
98.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的24k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中4分钟，取出后烘干。得到上浆处
理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量为2％，按照测试悬垂值的方法测得纤维悬垂值为4.8cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为28cm。
99.实施例6
100.步骤一、a组分制备：
101.将100g乳化剂平平加o-30与80g环氧树脂e51在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入0.1g催化剂，反应2h后，得到水性聚合物，缓慢加入420g纯水，降温至80℃，得到固含量在30％的水溶性浆料。
102.步骤二、b组分制备：
103.在44g水中加入1g羧甲基淀粉、10gmoa-15，在40℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和moa-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入0.1g消泡剂byk-018，形成固含量在20％的浆料。
104.步骤三、制备上浆剂
105.取上述260ga组分(固含物为78g)30gb组分(固含物为6g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为13:1，终产物的固含量为29％。
106.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的12k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中4分钟，取出后烘干，得到上浆处理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量为1.2％，按照测试悬垂值的方法测得纤维悬垂值为5.3cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为28cm。
107.实施例7
108.步骤一、a组分制备：
109.将100g乳化剂平平加o-8与100g环氧树脂e51在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入催化剂，反应2h后，得到水性聚合物，缓慢加入200g纯水，降温至70℃，得到固含量在50％的水溶性浆料。
110.步骤二、b组分制备：
111.在99g水中加入1g羧甲基淀粉、10gaeo-15，在70℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和aeo-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入0.1g消泡剂byk-018，形成固含量在10％的浆料。
112.步骤三、制备上浆剂
113.取上述260ga组分(固含物为130g)、130gb组分(固含物为13g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为10:1，终产物的固含量为37％。
114.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的12k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中4分钟，取出后烘干，得到上浆处理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量为1.2％，按照测试悬垂值的方法测得纤维悬垂值为4.8cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为27cm。
115.实施例8
116.步骤一、a组分制备：
117.将100g乳化剂op-9与50g环氧树脂e51在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入0.1g催化剂，反应2h后，得到水性聚合物，缓慢加入150g纯水，降温至70℃，得到固含量在50％的水溶性浆料。
118.步骤二、b组分制备：
119.在100g水中加入1g羧甲基淀粉、10g peg-1000，在80℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和aeo-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入0.1g消泡剂byk-018，形成固含量在10％的浆料。
120.步骤三、制备上浆剂
121.取上述260ga组分(固含量为130g)100gb组分(固含量为10g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为13:1，终产物的固含量为39％。
122.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的12k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中3分钟，取出后烘干，得到上浆处理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量为1.2％，按照测试悬垂值的方法测得纤维悬垂值为4.9cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为28cm。
123.实施例9
124.步骤一、a组分制备：
125.将100g乳化剂op-20与50g环氧树脂e51在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入0.1g催化剂，反应2h后，得到水性聚合物，缓慢加入150g纯水，降温至70℃，得到固含量在50％的水溶性浆料。
126.步骤二、b组分制备：
127.在100g水中加入1g羧甲基淀粉、10g peg-1000，在80℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和peg-1000完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入0.1g消泡剂byk-018，形成固含量在10％的浆料。
128.步骤三、制备上浆剂
129.取上述260ga组分(固含量为130g)、100gb组分(固含量为10g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为13:1，终产物的固含量为39％。
130.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的12k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中3分钟，取出后烘干，得到上浆处理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量为1.2％，按照测试悬垂值的方法测得纤维悬垂值为5.0cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为28cm。
131.实施例10
132.步骤一、a组分制备：
133.将100g乳化剂op-50与50g环氧树脂e51在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入0.1g催化剂，反应2h后，得到水性聚合物，缓慢加入150g纯水，降温至70℃，得到固含量在50％的水溶性浆料。
134.步骤二、b组分制备：
135.在100g水中加入1g羧甲基淀粉、10g peg-1000，在80℃搅拌速度为300转/分条件
下，将羧甲基淀粉和peg-1000完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入0.1g消泡剂byk-018，形成固含量在10％的浆料。
136.步骤三、制备上浆剂
137.取上述260ga组分(固含量为130g)、100gb组分(固含量为10g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为13:1，终产物的固含量为39％。
138.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的12k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中5分钟，取出后烘干，得到上浆处理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量为1.2％，按照测试悬垂值的方法测得纤维悬垂值为5.3cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为28cm。
139.实施例11
140.步骤一、a组分制备：
141.将100g乳化剂peg-600与50份环氧树脂e51在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入催化剂，反应2h后，得到水性聚合物，缓慢加入150g纯水，降温至70℃，得到固含量在50％的水溶性浆料。
142.步骤二、b组分制备：
143.在100g水中加入1g羧甲基淀粉、10gaeo-15，在40℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和aeo-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入消泡剂byk-018，形成固含量在10％的浆料。
144.步骤三、制备上浆剂
145.取上述260ga组分(固含量为130g)、50gb组分(固含量为5g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为7.5:1，终产物的固含量为44％。
146.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的12k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中4分钟，取出后烘干，得到上浆处理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量为1.2％，按照测试悬垂值的方法测得纤维悬垂值为5.3cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为26cm。
147.实施例12
148.步骤一、a组分制备：
149.将100g乳化剂peg-2000与50份环氧树脂e51在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入0.1g催化剂，反应2h后，得到水性聚合物，缓慢加入150g纯水，降温至70℃，得到固含量在50％的水溶性浆料。
150.步骤二、b组分制备：
151.在100g水中加入1g羧甲基淀粉、10gaeo-15，在40℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和aeo-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入0.1g消泡剂byk-018，形成固含量在10％的浆料。
152.步骤三、制备上浆剂
153.取上述260ga组分(固含量为130g)、50gb组分(固含量为5g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为7.5:1，终产物的固含量为44％。
154.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的12k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中4分钟，取出后烘干，得到上浆处理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量为1.2％，按照测试悬垂值的方法测得纤维悬垂值为4.5cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为30cm。
155.实施例13
156.步骤一、a组分制备：
157.将100g乳化剂peg-4000与50份环氧树脂e51在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入催化剂，反应2h后，得到水性聚合物，缓慢加入150g纯水，降温至70℃，得到固含量在50％的水溶性浆料。
158.步骤二、b组分制备：
159.在100g水中加入1g羧甲基淀粉、10gaeo-15，在40℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和aeo-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入消泡剂byk-018，形成固含量在10％的浆料。
160.步骤三、制备上浆剂
161.取上述260ga组分(固含量为130g)、50gb组分(固含量为5g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为7.5:1，终产物的固含量为44％。
162.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的12k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中4分钟，取出后烘干，得到上浆处理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量为1.2％，按照测试悬垂值的方法测得纤维悬垂值为4.7cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为23cm。
163.实施例14
164.步骤一、a组分制备：
165.将100g乳化剂ppg-200与100份环氧树脂e51在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入催化剂，反应2h后，得到水性聚合物，缓慢加入164g纯水，降温至70℃，得到固含量在55％的水溶性浆料。
166.步骤二、b组分制备：
167.在100g水中加入1g羧甲基淀粉、10gaeo-15，在40℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和aeo-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入消泡剂byk-018，形成固含量在10％的浆料。
168.步骤三、制备上浆剂
169.取上述260ga组分(固含量为130g)、50gb组分(固含量为5g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为7.5:1，终产物的固含量为44％。
170.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的12k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中4分钟，取出后烘干，得到上浆处理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量为1.2％，按照测试悬垂值的方法测得纤维悬垂值为4.9cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为27cm。
171.实施例15
172.步骤一、a组分制备：
173.将100g乳化剂ppg-600与50份环氧树脂e51在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入催化剂，反应2.5h后，得到水性聚合物，缓慢加入150g纯水，降温至80℃，得到固含量在50％的水溶性浆料。
174.步骤二、b组分制备：
175.在100g水中加入1g羧甲基淀粉、10gaeo-15，在50℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和aeo-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入消泡剂byk-018，形成固含量在10％的浆料。
176.步骤三、制备上浆剂
177.取上述260ga组分(固含量为130g)、50gb组分(固含量为5g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为7.5:1，终产物的固含量为44％。
178.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的12k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中4分钟，取出后烘干，得到上浆处理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量为1.2％，按照测试悬垂值的方法测得纤维悬垂值为4.3cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为30cm。
179.实施例16
180.步骤一、a组分制备：
181.将100g乳化剂ppg-600与50份环氧树脂e44在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入催化剂，反应2.5h后，得到水性聚合物，缓慢加入150g纯水，降温至80℃，得到固含量在50％的水溶性浆料。
182.步骤二、b组分制备：
183.在100g水中加入1g羧甲基淀粉、10gaeo-15，在50℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和aeo-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入消泡剂byk-018，形成固含量在11％的浆料。
184.步骤三、制备上浆剂
185.取上述260ga组分(固含量为130g)、50gb组分(固含量为5g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为7.5:1，终产物的固含量为44％。
186.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的12k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中4分钟，取出后烘干，得到上浆处理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量为1.2％，按照测试悬垂值的方法测得纤维悬垂值为4.5cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为29cm。
187.实施例17
188.步骤一、a组分制备：
189.将120g乳化剂ppg-600与50份环氧树脂e44在80℃温度下加热熔融，搅拌混合升温，将温度控制在110℃，加入催化剂，反应2.5h后，得到水性聚合物，缓慢加入140g纯水，降温至90℃，得到固含量在55％的水溶性浆料。
190.步骤二、b组分制备：
191.在90g水中加入3g羧甲基淀粉、30gaeo-15，在50℃搅拌速度为500转/分条件下，将羧甲基淀粉和aeo-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入消泡剂byk-018，形成固含量在26％的浆料。
192.步骤三、制备上浆剂
193.取上述260ga组分(固含量为143g)、50gb组分(固含量为13g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为11:1，终产物的固含量为50％。
194.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的12k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中4分钟，取出后烘干，得到上浆处理后的碳纤维。该上浆处理后的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量为1.2％，按照测试悬垂值的方法测得纤维悬垂值为4.9cm。接着将上浆处理后的碳纤维按照开纤性测试方法测量试样扩散最大距离，测得纤维束散开距离为25cm。
195.对比例1
196.本对比例与实施例1基本相同，区别仅在于，本对比例中环氧树脂e51由实施例1中的30g替换为150g，此时得到理论固含量约为66％的水溶性浆料。
197.此时，测得纤维悬垂值为6.1cm，纤维束散开距离为8cm。此例中，第一乳化剂与环氧树脂的比值为10:15，超出(10-12)：(3-10)的比例范围，树脂含量过多，乳化剂含量过少，使得上浆后纤维集束性强，水分散性差。
198.对比例2
199.本对比例与实施例1基本相同，区别仅在于，本对比例中乳化剂由实施例1中的moa-9替换为moa-4，即乳化剂moa-4环氧加成物小于7。
200.此时，测得悬垂值为4.6cm，纤维束散开距离为11cm。此例中，乳化剂moa-4环氧加成物小于7，亲水基团过少，纤维集束性较好，但是纤维束水分散性较差。
201.对比例3
202.本对比例基本与实施例1相同，区别仅在于，本对比例中省略了环氧树脂，具体来说：
203.步骤一、a组分制备：
204.将130g乳化剂moa-9加入130g纯水，升温至80℃，得到固含量在50％的水溶性浆料。
205.步骤二、b组分制备：
206.在1000g水中加入5g羧甲基淀粉、50gmoa-15，在70℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和moa-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入1g消泡剂byk-018，形成理论固含量约为5％的浆料。
207.步骤三、制备上浆剂
208.取上述260ga组分(固含物为130g)、520gb组分(固含物为26g)混合，搅拌0.5h，其中，a组分和b组分的固含物的质量比为5:1。
209.测得上浆量在1.2％，纤维悬垂值为2.8cm，纤维束散开距离为28cm。在此例中，a组分未加入环氧树脂合成改性，直接使用乳化剂，纤维集束性较差，但是纤维束水分散性较好。
210.对比例4
211.步骤一、a组分制备：
212.将30g乳化剂peg-4000加入100g纯水，升温至80℃，得到固含量在30％的水溶性浆料。
213.步骤二、b组分制备：
214.在100g水中加入0.5g羧甲基淀粉、10gmoa-15，70℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和moa-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入消泡剂byk-018，形成固含量在11％的浆料。
215.步骤三、制备上浆剂
216.取上述130ga组分、14.28gb组分混合，搅拌0.5h。
217.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的12k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中5分钟，取出后烘干。得到的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量在1.2％，测试纤维悬垂值为2.9cm，投入静止的自来水中，纤维束散开距离为30cm。在此例中，a组分未加入树脂合成改性，直接使用乳化剂，纤维集束性较差，但是纤维束水分散性好。
218.对比例5
219.步骤一、a组分制备：
220.将30g乳化剂op-30加入100g纯水，升温至80℃，得到固含量在30％的水溶性浆料。
221.步骤二、b组分制备：
222.在100g水中加入0.5g羧甲基淀粉、10gmoa-15，在70℃搅拌速度为300转/分条件下，将羧甲基淀粉和moa-15完全溶于水，形成透明均质的溶液，再加入消泡剂byk-018，形成固含量在11％的浆料。
223.步骤三、制备上浆剂
224.取上述130ga组分、14.28gb组分混合，搅拌0.5h。
225.上浆及效果测试：将纯水加入到上述上浆剂中，稀释到质量分数2％，将未上浆或已去除上浆剂的12k碳纤维样品浸入已制备好的上浆剂中5分钟，取出后烘干。得到的碳纤维成束性、光滑度良好，测得上浆量在1.2％，测试纤维悬垂值为2.7cm，投入静止的自来水中，纤维束散开距离为29cm。在此例中，a组分未加入树脂合成改性，直接使用乳化剂，纤维集束性较差，但是纤维束水分散性较好。
226.对比例6
227.本对比例与实施例10基本相同，区别仅在于：a组分和b组分的固含物的质量比为2:1。此时，测得上浆量在1.2％，纤维悬垂值为3.1cm，纤维束散开距离为28cm。在此例中，b组分用量过大，纤维集束性较差，但是纤维束水分散性很好。
228.对比例7
229.本对比例与实施例10基本相同，区别仅在于：a组分和b组分的固含物的质量比为30:1。此时，测得上浆量在1.2％，纤维悬垂值为6.5cm，纤维束散开距离为7cm。在此例中，a组分用量过大，纤维集束性较好，但是纤维束水分散性很差。
230.从实施例1-17可看出，本发明上浆剂处理的碳纤维悬垂值在4.2cm-5.3cm，纤维束散开距离为23cm-30cm，说明具有纤维良好的集束性和水分散性。而对比例1-7纤维悬垂值
和水分散性不平衡，当纤维悬垂值低于4.0cm时表示集束性不满足要求，纤维束散开距离小于15cm时表示水分散性不满足要求，从对比例1-7的数据可以看出出现集束性满足要求，水分散性不满足要求情况，或者出现水分散性满足要求，集束性不满足要求的情况。
231.综上所述，本技术提供的水性处理用碳纤维上浆剂通过分别制备a组分和b组分，使得a组分中的第一乳化剂和环氧树脂预先反应形成水性聚合物，第一乳化剂中的羟基与环氧树脂的环氧基团的开环反应，将环氧树脂接上亲水性的第一乳化剂，使得油溶性的环氧树脂具有亲水性和自乳化性能，同时由于聚合物分子量的增加，赋予上浆后的纤维具有良好的集束性。同时使b组分中的改性淀粉在第二乳化剂的作用下预先溶解，避免直接加入改性淀粉而出现难以混合均匀的情况，其中，改性淀粉作为定型剂，保持纤维束溶于水后不发生团聚、下沉，在b组分中加入少量乳化剂，补充纤维的亲水性及保湿性，加入消泡剂减少稀释搅拌过程中的发泡现象，最后加入去离子水进行稀释混合。随后将a组分和b组分进行混合，混合更为均匀。制备获得的水性处理用碳纤维上浆剂采用纯水为溶剂，乳液稳定性好，使用环境环保，便于稀释到不同浓度上浆使用。上浆后的纤维具有良好的集束性和润滑性，加工工艺性能优良，可以用来加工成短切纤维，也可以用于水处理领域长纤维。本发明制备的水性处理用碳纤维上浆剂可以赋予纤维良好的集束性，同时兼具亲水性，能够和碳纤维紧密结合，解决单纯使用乳化剂、表面活性剂造成纤维发散，毛丝多，加工工艺性能差的问题。该水性处理用碳纤维上浆剂烘干后仍具有良好的水溶性，同时具有一定的韧性，能够解决纤维集束性和亲水性的问题，利用该水性处理用碳纤维上浆剂对碳纤维束进行上浆处理，处理后的碳纤维束具有良好的集束性，能够快速分散在水中且抑制纤维的团聚。本技术提供的水性处理用碳纤维上浆剂可以广泛应用于制备易于在水中分散的碳纤维、碳纤维纸或水处理中的应用。
232.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。