碳纖維上漿液及制備方法與碳纖維復合材料及制備方法技術

本發明專利技術公開了一種碳纖維上漿液及制備方法與碳纖維復合材料及制備方法，該碳纖維上漿液的制備方法包括：向聚氧化丙烯二醇內加入含環氧基的硅烷偶聯劑進行混合，得到碳纖維上漿液。采用該碳纖維上漿液的制備方法制得的碳纖維上漿液可以使得碳纖維被聚氨酯樹脂浸潤，從而獲得以聚氨酯樹脂為基體的碳纖維復合材料，可提高碳纖維復合材料的韌性與可靠性，縮短固化時間，降低生產成本，從而擴展碳纖維復合材料的應用。料的應用。

【技術實現步驟摘要】
碳纖維上漿液及制備方法與碳纖維復合材料及制備方法


[0001]本專利技術涉及碳纖維及碳纖維復合材料領域，具體涉及一種碳纖維上漿液及制備方法與碳纖維復合材料及制備方法。

技術介紹

[0002]纖維增強樹脂基復合材料的成型過程為：樹脂先浸潤纖維，浸潤纖維后樹脂發生交聯反應固化，固化后得到復合材料。在復合材料的成型過程中，當纖維表面的活化能大于樹脂表面的活化能時，樹脂浸潤纖維的過程才能實現。碳纖維表面的活化能約為70mJ/
㎡
,環氧樹脂約為43mJ/
㎡
，聚氨酯樹脂約為35mJ/
㎡
。作為對比，玻璃纖維的表面活化能約為560mJ/
㎡
。因此玻璃纖維能被絕大多數的樹脂浸潤，在樹脂固化后成為復合材料。而碳纖維由于表面活化能低，通常只能依靠碳纖維表面在等離子氧化過程中發生氧化產生的含氧基團，和環氧樹脂中的含氧官能團進行親和，從而被環氧樹脂所浸潤。
[0003]纖維在應用于復合材料成型時，表面還需用樹脂做上漿處理，才能確保樹脂基體和纖維完全結合。例如樹脂基體是環氧樹脂的，需用環氧樹脂做上漿處理；樹脂基體是聚氨酯樹脂的，需用聚氨酯樹脂做上漿處理。玻璃纖維可以使用各種樹脂作為上漿液，進行上漿處理后，能夠被各種樹脂浸潤，在樹脂固化后成為復合材料。而碳纖維由于表面只和環氧樹脂的浸潤性好，因此通常使用環氧樹脂作為上漿液，從而只能被環氧樹脂浸潤，在環氧樹脂固化后成為復合材料。現有的采用熱固性樹脂為基體的碳纖維復合材料，幾乎均使用環氧樹脂作為樹脂基體。以環氧樹脂作為基體的碳纖維復合材料，由于環氧樹脂本身韌性低，因此該系列復合材料都存在韌性差的問題，從而導致碳纖維復合材料可靠性低，限制了碳纖維復合材料的應用。同時環氧樹脂固化黏度高，固化時間長，導致碳纖維復合材料生產成本居高不下。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的在于提供一種碳纖維上漿液及制備方法與碳纖維復合材料及制備方法，用于解決現有碳纖維復合材料韌性差、生產成本高的技術問題。
[0005]為了解決上述問題，第一方面，本申請提供了一種碳纖維上漿液的制備方法包括：向聚氧化丙烯二醇內加入含環氧基的硅烷偶聯劑進行混合，得到碳纖維上漿液。
[0006]在一實施方式中，在所述聚氧化丙烯二醇和所述含環氧基的硅烷偶聯劑的混合后，加入乙醇，得到所述碳纖維上漿液。
[0007]在一實施方式中，所述聚氧化丙烯二醇、所述硅烷偶聯劑與所述乙醇的質量配比為1:1:2。
[0008]在一實施方式中，所述聚氧化丙烯二醇為平均分子量為400的PPG
?
204。
[0009]在一實施方式中，硅烷偶聯劑為γ
?
縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷KH
?
560。
[0010]第二方面，本申請提供了一種碳纖維上漿液，該碳纖維上漿液采用第一方面任一實施例中所述的碳纖維上漿液的制備方法進行制備。
[0011]第三方面，本申請提供了一種碳纖維復合材料的制備方法，該方法包括：
[0012]采用環氧樹脂上漿液對碳纖維進行一次上漿，獲得一次上漿碳纖維；
[0013]采用第三方面所述的碳纖維上漿液對所述一次上漿碳纖維進行二次上漿，獲得碳纖維預制體；
[0014]對所述碳纖維預制體進行烘干；
[0015]制備聚氨酯樹脂；
[0016]采用所述聚氨酯樹脂浸潤烘干后的所述碳纖維預制體，所述聚氨酯樹脂發生交聯反應固化，固化后得到碳纖維復合材料。
[0017]在一實施方式中，對所述碳纖維預制體進行烘干的烘干溫度為40
?
150℃。
[0018]在一實施方式中，所述制備聚氨酯樹脂包括將三官能度的聚醚多元醇和丙三醇的混合物與二官能度的異氰酸酯以1:1的質量配比進行混合。
[0019]第四方面，本申請提供了一種碳纖維復合材料，該碳纖維復合材料第三方面任一實施例中所述的碳纖維復合材料的制備方法進行制備。
[0020]本專利技術的有益效果在于：提供了一種碳纖維上漿液，該碳纖維上漿液使得碳纖維能夠被聚氨酯樹脂所浸潤，獲得以聚氨酯樹脂為基體的碳纖維復合材料，有效提高碳纖維復合材料的韌性與可靠性，并縮短固化時間，降低生產成本，擴展碳纖維復合材料的應用。
具體實施方式
[0021]下面對本專利技術的具體實施方式進行詳細描述，但應當理解本專利技術的保護范圍并不受具體實施方式的限制。
[0022]除非另有其它明確表示，否則在整個說明書和權利要求書中，術語“包括”或其變換如“包含”或“包括有”等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元件或其它組成部分。
[0023]現有技術中，由于環氧樹脂本身韌性低，以環氧樹脂作為基體的碳纖維復合材料都存在韌性差的問題，從而導致碳纖維復合材料可靠性低，限制了碳纖維復合材料的應用。聚氨酯樹脂韌性較高，若采用聚氨酯樹脂代替環氧樹脂浸潤碳纖維，可有效提高碳纖維復合材料的韌性，但碳纖維無法直接被聚氨酯樹脂無法浸潤。
[0024]第一方面，本申請提供了一種碳纖維上漿液的制備方法，采用該方法制備出來的碳纖維上漿液對已經上過環氧樹脂上漿液的碳纖維進行二次上漿后的碳纖維可以被聚氨酯樹脂浸潤，從而可獲得以聚氨酯樹脂為基體的高韌性碳纖維復合材料。該方法包括：向聚氧化丙烯二醇內加入含環氧基的硅烷偶聯劑，得到碳纖維上漿液。
[0025]在上述制備碳纖維上漿液的過程中，向聚氧化丙烯二醇內加入含環氧基的硅烷偶聯劑進行混合，硅烷偶聯劑中的硅氧烷基團和聚氧化丙烯二醇中的羥基相結合，保護聚氧化丙烯二醇中的羥基不提前發生反應。
[0026]采用根據上述制備方法得到的碳纖維上漿液對已經上過環氧樹脂上漿液的碳纖維進行二次上漿，碳纖維上漿液中的硅烷偶聯劑中的環氧基和碳纖維表面原本的環氧上漿液中的環氧基之間發生耦合作用，從而使得聚氧化丙烯二醇覆蓋在碳纖維表面，替代碳纖維表面環氧上漿液的環氧基團和羥基，進而使得經過二次上漿后的碳纖維能夠被聚氨酯樹脂浸潤，獲得以聚氨酯樹脂為基體的碳纖維復合材料，有效提高碳纖維復合材料的韌性與
可靠性，進而擴展碳纖維復合材料的應用。同時，聚氨酯樹脂固化黏度低，固化時間短，可降低碳纖維復合材料的生產成本。
[0027]應理解，聚氨酯樹脂為大分子鏈中含有氨酯型重復結構單元的一類聚合物，全稱為聚氨基酸酯，英文全稱為polyurethane,簡稱PU或PUR。PU是由多異氰酸酯與聚醚型或聚酯型多元醇在一定比例下反映的產物。
[0028]在一些實施例中，碳纖維上漿液的制備過程在10
?
40℃的環境下進行。
[0029]在上述實施例中，將碳纖維上漿液的制備環境溫度控制在10
?
40℃，可使得含環氧基的硅烷偶聯劑能夠在聚氧化丙烯二醇中充分溶解。
[0030]在一些實施例中，在聚氧化丙烯二醇和含環氧基的硅烷偶聯劑的混合后，加入乙醇，得到碳纖維上漿液。
[0031]在上述實施例中，向聚本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種碳纖維上漿液的制備方法，其特征在于，包括：向聚氧化丙烯二醇內加入含環氧基的硅烷偶聯劑進行混合，得到碳纖維上漿液。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：在所述聚氧化丙烯二醇和所述含環氧基的硅烷偶聯劑的混合后，加入乙醇，得到所述碳纖維上漿液。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述聚氧化丙烯二醇、所述硅烷偶聯劑與所述乙醇的質量配比為1:1:2。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚氧化丙烯二醇為平均分子量為400的PPG
?
204。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述含環氧基的硅烷偶聯劑為γ
?
縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷KH
?
560。6.一種碳纖維上漿液，其特征在于，采用權利要求1
?
4所述的碳纖維上漿液...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳宗良，
申請(專利權)人：陳宗良，
類型：發明
國別省市：