一种聚酰胺改性环氧碳纤维的制备方法与流程

文档序号：11148433 阅读：869 来源：国知局

本发明涉及碳纤维/环氧复合材料的制备领域，尤其涉及一种聚酰胺改性环氧碳纤维的制备方法。

背景技术：

碳纤维具有耐高温、高强度、高弹性模量、抗蠕变等特点，是制备高性能树脂基复合材料最常用的增强纤维，所以常用碳纤维来改性聚酰胺。但是碳纤维的表面呈惰性，未经处理制备的复合材料纤维与树脂间界面黏结强度很弱，进而影响材料的应用。

因此，目前科技界在用碳纤维增强聚酰胺之前，一般先对碳纤维进行表面处理，从而生成更多得活性官能团，并形成了沟壑。将其加入高分子材料中，可以作为晶核诱导高分子围绕其结晶，从而可以提高高分子材料的大分子的有序性，改变高分子的聚集态结构，进而影响到高分子材料的性能。目前国内外采用的碳纤维改性方法大多工艺复杂且条件苛刻，如空气氧化法(需在马弗炉中，450℃下烧蚀40分钟)，硝酸氧化法(将碳纤维浸泡在硝酸中处理一段时间)，以及低温液氮处理等(浸泡在液氮(-196℃)中10分钟)。

但是，发明人在日常工作中发现现有技术中存在如下不足：

现有技术中碳纤维改性的方法条件复杂，处理时间不易控制，而且容易造成碳纤维的模量和断裂强度下降，从而大幅降低其复合材料的性能。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种聚酰胺改性环氧碳纤维的制备方法，解决了现有技术中碳纤维改性的方法条件复杂，处理时间不易控制，而且容易造成碳纤维的模量和断裂强度下降，从而大幅降低其复合材料的性能的问题。开发了一种无需改变碳纤维的表面结构，即可直接复合且性能更加优异的新型聚酰胺改性环氧碳纤维复合材料，具有优异的集束性、开纤性和与环氧树脂的浸润性的技术效果。

本发明提供了一种聚酰胺改性环氧碳纤维的制备方法，所述方法包括：将聚酰胺树脂和环氧树脂放入反应釜中，得到聚酰胺改性环氧树脂；使用溶剂将聚酰胺改性环氧树脂溶解，然后加入亲水性聚醚和催化剂，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂；向亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂中加入去离子水，通过剪切搅拌，得到聚酰胺改性环氧乳液；将聚酰胺改性环氧乳液作为浆剂与所述碳纤维融合，获得所述聚酰胺改性环氧碳纤维。

优选的，所述将聚酰胺树脂和环氧树脂放入反应釜中，得到聚酰胺改性环氧树脂，具体为：确定所述聚酰胺树脂中泼氢的摩尔量为a；确定所述环氧树脂的环氧基团摩尔量为b；按a:b值为4-10的比例将所述聚酰胺树脂与所述环氧树脂投入到反应釜中，得到所述聚酰胺改性环氧树脂。

优选的，所述聚酰胺树脂为脂肪二酸与脂肪二胺反应制得。

优选的，所述聚酰胺树脂为聚酰胺树脂250、聚酰胺树脂300，聚酰胺树脂600、聚酰胺树脂651其中的一种或多种。

优选的，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂中的一种或多种。

优选的，所述使用溶剂将所述聚酰胺改性环氧树脂溶解，然后加入亲水性聚醚和催化剂，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂，具体为：将所述聚酰胺改性环氧树脂加入溶剂搅拌溶，升温至60-120℃反应1-12小时，得到聚酰胺改性环氧树脂溶液；将所述聚酰胺改性环氧树脂溶液中加入亲水性聚醚和催化剂，其中，所述亲水性聚醚的加入量为所述聚酰胺改性环氧树脂质量的20％-60％，所述催化剂的加入量为亲水性聚醚重量的0.01％-0.5％；搅拌反应2-24小时，其中，反应温度10-80℃；反应结束后，通过减压蒸馏，脱除所述聚酰胺改性环氧树脂溶液中的所述溶剂，得到所述亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂。

优选的，所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、乙二醇二甲醚、乙二醇二丁醚，丙酮的一种或多种。

优选的，所述的催化剂为三氟化硼乙醚，三氯化铝，三氯化铁的一种或多种。

优选的，所述亲水性聚醚为聚乙二醇，聚乙二醇单醚，聚乙二醇单酯，聚乙二醇丙二醇类中的一种或多种的混合物，其中，所述亲水性聚醚的分子量为1000-20000。

优选的，所述去离子水的加入量为所述亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂重量的1-5倍。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1.在本发明实施例的技术方案中，首先通过将聚酰胺树脂和环氧树脂放入反应釜中，得到聚酰胺改性环氧树脂，其次使用溶剂将所述聚酰胺改性环氧树脂溶解，然后加入亲水性聚醚和催化剂，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂，再次向亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂中加入去离子水，通过剪切搅拌，得到聚酰胺改性环氧乳液，最后将聚酰胺改性环氧乳液作为浆剂与所述碳纤维融合，获得所述聚酰胺改性环氧碳纤维。通过上述技术方案解决了现有技术中碳纤维改性的方法条件复杂，处理时间不易控制，而且容易造成碳纤维的模量和断裂强度下降，从而大幅降低其复合材料的性能的问题。开发了一种无需改变碳纤维的表面结构，即可直接复合且性能更加优异的新型聚酰胺改性环氧碳纤维复合材料，具有优异的集束性、开纤性和与环氧树脂的浸润性的技术效果。

2.本申请实施例提供的一种聚酰胺改性环氧碳纤维的制备方法，通过将所述聚酰胺改性环氧树脂加入溶剂搅拌溶，升温至60-120℃反应1-12小时，得到聚酰胺改性环氧树脂溶液，然后将所述聚酰胺改性环氧树脂溶液中加入亲水性聚醚和催化剂，所述催化剂的加入量为亲水性聚醚重量的0.01％-0.5％，搅拌反应2-24小时，反应结束后，通过减压蒸馏，脱除所述聚酰胺改性环氧树脂溶液中的所述溶剂，得到所述亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂，然后向亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂中加入去离子水，通过剪切搅拌，得到聚酰胺改性环氧乳液的技术手段，达到了通过利用聚酰胺改性环氧乳液良好的耐热性和韧性，从而能够提供碳纤维束优异的集束性、开纤性和与环氧树脂的浸润性的技术效果。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种聚酰胺改性环氧碳纤维的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种聚酰胺改性环氧碳纤维的制备方法，解决了现有技术中碳纤维改性的方法条件复杂，处理时间不易控制，而且容易造成碳纤维的模量和断裂强度下降，从而大幅降低其复合材料的性能的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案总体思路如下：

在本发明实施例的技术方案中，首先通过将聚酰胺树脂和环氧树脂放入反应釜中，得到聚酰胺改性环氧树脂，其次使用溶剂将所述聚酰胺改性环氧树脂溶解，然后加入亲水性聚醚和催化剂，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂，再次向亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂中加入去离子水，通过剪切搅拌，得到聚酰胺改性环氧乳液，最后将聚酰胺改性环氧乳液作为浆剂与所述碳纤维融合，获得所述聚酰胺改性环氧碳纤维。通过上述技术方案。制备出一种无需改变碳纤维的表面结构，即可直接复合且性能更加优异的新型聚酰胺改性环氧碳纤维复合材料，具有优异的集束性、开纤性和与环氧树脂的浸润性的技术效果。

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

如图1所示，图1为本申请实施例提供一种聚酰胺改性环氧碳纤维的制备方法的流程示意图，本申请实施例所提供的一种聚酰胺改性环氧碳纤维的制备方法，该方法包括：

步骤110：将聚酰胺树脂和环氧树脂放入反应釜中，得到聚酰胺改性环氧树脂。

具体而言，确定所述聚酰胺树脂中泼氢的摩尔量为a，确定所述环氧树脂的环氧基团摩尔量为b；按a:b值为4-10的比例将所述聚酰胺树脂与所述环氧树脂投入到反应釜中，得到所述聚酰胺改性环氧树脂。

步骤120：使用溶剂将所述聚酰胺改性环氧树脂溶解，然后加入亲水性聚醚和催化剂，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂。

具体而言，将所述聚酰胺改性环氧树脂加入溶剂搅拌溶，升温至60-120℃反应1-12小时，得到聚酰胺改性环氧树脂溶液；将所述聚酰胺改性环氧树脂溶液中加入亲水性聚醚和催化剂，其中，所述亲水性聚醚的加入量为所述聚酰胺改性环氧树脂质量的20％-60％，所述催化剂的加入量为亲水性聚醚重量的0.01％-0.5％；搅拌反应2-24小时，其中，反应温度10-80℃；反应结束后，通过减压蒸馏，脱除所述聚酰胺改性环氧树脂溶液中的所述溶剂，得到所述亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂。

步骤130：向亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂中加入去离子水，通过剪切搅拌，得到聚酰胺改性环氧乳液。

具体而言，所述去离子水的加入量为所述亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂重量的1-5倍。

步骤140：将聚酰胺改性环氧乳液作为浆剂与所述碳纤维融合，获得所述聚酰胺改性环氧碳纤维。

进一步的，所述聚酰胺树脂为脂肪二酸与脂肪二胺反应制得。

进一步的，所述聚酰胺树脂为聚酰胺树脂250、聚酰胺树脂300，聚酰胺树脂600、聚酰胺树脂651其中的一种或多种。

进一步的，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂中的一种或多种。

进一步的，所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、乙二醇二甲醚、乙二醇二丁醚，丙酮的一种或多种。

进一步的，所述的催化剂为三氟化硼乙醚，三氯化铝，三氯化铁的一种或多种。

进一步的，所述亲水性聚醚为聚乙二醇，聚乙二醇单醚，聚乙二醇单酯，聚乙二醇丙二醇类中的一种或多种的混合物，其中，所述亲水性聚醚的分子量为1000-20000。

以下通过实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何的限制。

实施例1

(1)将10g聚酰胺树脂650(其中活泼氢摩尔量为0.051摩尔)与100g双酚A型环氧E51(环氧基团摩尔量为0.51摩尔)加入到四口烧瓶中，在搅拌下升温至120℃，反应2小时后，得到聚酰胺改性环氧树脂。

(2)将制备的聚酰胺改性环氧树脂溶液降温到40℃后，加入40g丙酮、0.24g的三氟化硼乙醚溶液和66g平均分子量为2000聚乙二醇树脂，完全混合均匀后，在40℃下搅拌反应2小时后，蒸馏出丙酮，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂。

(3)将亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂升温到60℃，加入树脂质量的30％的去离子水搅拌均匀后，降温至40℃，然后再次向混合体系中加入树脂质量的1倍的去离子水后搅拌或高剪切乳化制备得到聚酰胺改性环氧乳液。