一种增强热塑性树脂用碳纤维上浆剂及其制备和应用的制作方法

0.05wt％；水79.15wt％；丙酮9wt％；乙醇10wt％。
14.进一步的，所述碳纤维上浆剂，优选包括如下重量比的组分：聚酯型聚氨酯类化合物2wt％；封端基类型为封端基类型为nahso3类的异氰酸根化合物2wt％；非离子表面活性剂jfc 0.1wt％；水75.9wt％；丙酮10wt％；乙醇10wt％。
15.进一步的，所述碳纤维上浆剂，优选包括如下重量比的组分：聚醚型聚氨酯类化合物4wt％；封端基类型为亚甲基类的异氰酸根化合物5wt％；非离子表面活性剂tween 0.5wt％；水66.5wt％；丙酮12wt％；乙醇12wt％。
16.进一步的，所述碳纤维上浆剂粒度均匀，粒径为2-8um；耐热温度高达120℃以上。
17.本发明的第二目的在于提供上述增强热塑性树脂用碳纤维上浆剂的制备方法，根据上述各组分原料及重量比，包括：
18.(1)将所述分子中至少含二个封端异氰酸根的化合物溶于溶剂a中得到混液a；
19.(2)将混液a缓慢加入溶剂b中，且边加边搅拌得混液b；
20.(3)将表面活性剂加入混液b中，且边加边搅拌得混液c；
21.(4)将所述聚氨酯类化合物缓慢加入混液c中，且边加入边搅拌制得所需上浆剂。
22.进一步的，所述步骤(1)中的溶剂a选自酮类溶剂(如丙酮、丁酮)、氯仿、n-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜中的一种或几种的混合物。
23.进一步的，所述步骤(2)中的溶剂b选自水、乙醇、无水甲醇、无水乙醇、其他醇类溶剂中的一种或几种的混合物。
24.本发明的第三目的在于提供上述增强热塑性树脂用碳纤维上浆剂在处理增强聚烯烃和聚酰胺类热塑性树脂中的应用。
25.上述应用，具体包括：将碳纤维按5-10m/min速度通过装有所述上浆剂的设备，碳纤维得到充分浸润，然后对碳纤维进行烘干处理，烘干温度120-150℃。
26.本发明的碳纤维上浆剂，遇水不发生固化，粒度均匀，粒径为2-8um，稳定性良好，常温干燥条件下储存寿命为6个月，耐热温度高达120℃以上。
27.经过上述上浆剂处理的碳纤维，具有优异的树脂浸润性以及界面粘结性。该碳纤维主要用于增强聚烯烃和聚酰胺类热塑性树脂，所述上浆剂处理后的碳纤维可以大幅提高复合材料的力学性能，包括拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等。
28.根据应用的增强基体材料不同，该上浆剂中的封端异氰酸根的化合物的解封端温度可控。用于增强聚酰胺类热塑性树脂时，其加工温度为270-285℃，该上浆剂的解封端温度为180-210℃。用于增强聚烯烃类热塑性树脂时，其加工温度为200-250℃，该上浆剂的解封端温度为150-190℃。并且，在加工处理后，该上浆剂处理过的碳纤维与聚酰胺类树脂之间的界面处形成一定程度的化学交联。
29.关于界面增强作用机理(如图1所示)，该碳纤维上浆剂中含封端异氰酸根的化合物组分对改善碳纤维与热塑性树脂之间的界面性能起到主要作用。以聚酰胺类热塑性树脂为例，在该树脂的加工温度280℃下，封端异氰酸根(b-nco)会释放出易与活泼h反生化学反应的异氰酸根基团(-nco)，可以分别夺取cf和pa6中活泼h在界面处形成化学交联结构，从而改善界面性能。
30.本发明的有益效果为：
31.本发明所提供的增强热塑性树脂用碳纤维上浆剂，具有制备简单、耗时短，使用方
便和环境友好等优点。
32.本发明得到的上浆剂可以用在碳纤维复合材料中，该上浆剂处理过的碳纤维与聚酰胺类树脂之间的界面处形成一定程度的化学交联，提高复合材料的界面性能。
33.本发明制备了一种增强热塑性树脂用碳纤维上浆剂，经过该上浆剂处理的碳纤维，具有优异的树脂浸润性以及界面粘结性。该碳纤维主要用于增强聚烯烃和聚酰胺类热塑性树脂，所述上浆剂处理后的碳纤维可以大幅提高复合材料的力学性能，包括拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等。
34.本发明提供了一种增强热塑性树脂用碳纤维上浆剂，针对不同种类基体材料的加工温度不同，调整碳纤维上浆剂组分配比来得到适用的上浆剂。
35.本发明的上浆剂具有粒度均匀且稳定性良好的优点，该上浆剂应用于碳纤维上时，具有良好的集束作用。并且具有成本低，性能稳定，使用方便以等优点。
附图说明
36.图1为纤维和聚酰胺树脂界面的化学交联结构示意图。
具体实施方式
37.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
38.以下实施例中所用原料均可通过市售获得。
39.实施例1
40.本实施例的增强热塑性树脂用碳纤维上浆剂，其组分及含量如下：
41.组分a：聚氨酯类化合物：1wt％；(聚酯型，市售)
42.组分b：含封端异氰酸根的化合物：0.8wt％；(封端基类型为亚胺类，市售)
43.组分c：非离子表面活性剂ape：0.05wt％；
44.组分d：水：79.15wt％；丙酮：8wt％；乙醇：10wt％。
45.步骤：
46.(1)将组分b溶于丙酮中得到混液a；
47.(2)将无水乙醇与水复配得混液b；
48.(3)将组分c加入混液b中，且边加边搅拌得混液c；
49.(4)将混液a缓慢加入混液c中，且边加边搅拌得混液d；
50.(5)将组分a缓慢加入混液d中，且边加边搅拌得上浆剂。
51.实施例2
52.本实施例的增强热塑性树脂用碳纤维上浆剂，其组分的含量如下：
53.组分a：聚氨酯类化合物：2wt％；(聚酯型，市售)
54.组分b：含封端异氰酸根的化合物：2wt％；(封端基类型为nahso3类，市售)
55.组分c：非离子表面活性剂jfc：0.1wt％；
56.组分d：水：75.9wt％；丙酮：10wt％；乙醇：10wt％。
57.步骤：
58.(1)将组分b溶于丙酮中得到混液a；
59.(2)将无水乙醇与水复配得混液b；
60.(3)将组分c加入混液b中，且边加边搅拌得混液c；
61.(3)将混液a缓慢加入混液c中，且边加边搅拌得混液d；
62.(4)将组分a缓慢加入混液d中，且边加边搅拌得上浆剂。
63.实施例3
64.本实施例的增强热塑性树脂用碳纤维上浆剂，其组分的含量如下：
65.组分a：聚氨酯类化合物：3wt％；(聚醚型，市售)
66.组分b：含封端异氰酸根的化合物：3wt％；(封端基类型为肟类，市售)
67.组分c：非离子表面活性剂jfc：0.2wt％；
68.组分d：水：76wt％；丁酮：8wt％；乙醇：9wt％；二甲亚砜：0.8％。
69.步骤：
70.(1)将二甲亚砜溶于丁酮中，得到混液a
71.(2)将组分b溶于混液a中得到混液b
72.(3)将无水乙醇与水复配得混液c
73.(4)将组分c加入混液b中，且边加边搅拌得混液d；
74.(5)将混液b缓慢加入混液d中，且边加边搅拌得混液e；
75.(6)将组分a缓慢加入混液e中，且边加边搅拌得上浆剂。
76.实施例4
77.本实施例的增强热塑性树脂用碳纤维上浆剂，其组分的含量如下：
78.组分a：聚氨酯类化合物：4wt％；(聚醚型，市售)
79.组分b：含封端异氰酸根的化合物：5wt％；(封端基类型为亚甲基类，市售)
80.组分c：非离子表面活性剂tween：0.5wt％；
81.组分d：水：66.5wt％；丙酮：12wt％；乙醇：12wt％。
82.步骤：
83.(1)将组分b溶于丙酮中得到混液a；
84.(2)将无水乙醇与水复配得混液b；
85.(3)将组分c加入混液b中，且边加边搅拌得混液c；
86.(4)将混液a缓慢加入混液c中，且边加边搅拌得混液d；
87.(5)将组分a缓慢加入混液d中，且边加边搅拌得上浆剂。
88.对实施例1-4制备的碳纤维上浆剂进行相关性能测试，具体测试结果见表1。
89.表1
[0090] 乳液粒径耐热温度储存寿命 μm℃月实施例11-31506实施例22-41206实施例33-51256实施例43-51506
[0091]
所得上浆剂乳液粒径较小，且均一稳定，可室温储存6个月，长期使用温度可达150℃。
[0092]
应用实施例1
[0093]
采用上述实施例1的上浆剂给未上浆碳纤维上浆：
[0094]
将上浆剂铺满上浆槽，然后碳纤维按5m/min速度通过装有所述上浆剂的设备，碳纤维得到充分浸润，最后将碳纤维进行烘干处理，温度120℃，时间15min。对上浆后碳纤维的相关性能指标进行测试，其结果如下表2所示。
[0095]
应用实施例2
[0096]
采用上述实施例2的上浆剂给未上浆碳纤维上浆：
[0097]
将上浆剂铺满上浆槽，然后碳纤维按6.5m/min速度通过装有所述上浆剂的设备，碳纤维得到充分浸润，最后对碳纤维进行烘干处理，温度120℃，时间20min。对上浆后碳纤维的相关性能指标进行测试，其结果如下表2所示。
[0098]
应用实施例3
[0099]
采用上述实施例3的上浆剂给未上浆碳纤维上浆：
[0100]
将上浆剂铺满上浆槽，碳纤维按7.5m/min速度通过装有所述上浆剂的设备，碳纤维得到充分浸润，对碳纤维进行烘干处理，温度130℃，时间15min。对上浆后碳纤维的相关性能指标进行测试，其结果如下表2所示。
[0101]
应用实施例4
[0102]
采用上述实施例4的上浆剂给未上浆碳纤维上浆：
[0103]
将上浆剂铺满上浆槽，碳纤维按6m/min速度通过装有所述上浆剂的设备，碳纤维得到充分浸润，对碳纤维进行烘干处理，温度125℃，时间20min。对上浆后碳纤维的相关性能指标进行测试，其结果如下表2所示。
[0104]
表2
[0105] 层间剪切强度mpa上浆剂含量％未上浆95/应用实施例11232.5应用实施例21293.2应用实施例31183.6应用实施例41204.5
[0106]
通过与未上浆碳纤维单丝拔出测试结果，采用本发明所述上浆剂，经上浆处理后，碳纤维与树脂间的结合得到明显提高，说明解决了界面性能差的问题，性能提升显著。
[0107]
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。