本发明属于碳纤维制造的
技术领域：
，具体涉及一种耐高温碳纤维上浆剂的制备方法。
背景技术：
：在碳纤维增强复合材料中，用于增强的碳纤维和基体树脂之间使用上浆剂作为过渡层，上浆剂既能很好地连接碳纤维，又能很好地连接基体树脂，使碳纤维增强复合材料成为一个整体，具有很强的整体性能。碳纤维增强复合材料由于具有强度高、模量大、抗腐蚀性强、耐疲劳程度高、比重小等优于其他纤维增强复合材料的特质，而被广泛应用于生产生活中的众多领域。随着航空航天、风能和汽车行业的发展，对耐高温型碳纤维增强复合材料的需求与日俱增，碳纤维复合材料在高温下的应用成为继追求轻质要求后又一追求目标。碳纤维/环氧树脂（cf/ep）复合材料以其各种优异的性能被广泛的应用于航天器材料中，与其相匹配的环氧型上浆剂的耐热温度一般不超过180℃，而航空领域配备的材料多数需要耐受250℃以上的高温环境。目前，树脂基体和碳纤维增强体的耐热水平均可达到要求，复合材料整体耐热性很大程度上受限于碳纤维表面上浆剂的耐热水平。因此，对耐高温型复合材料的研究直接指向为对耐高温型上浆剂的研制。可是，现如今使用的碳纤维上浆剂环境适应性不强，随着温度的提高，层间剪切强度快速下降，从而极大地影响了碳纤维复合材料在高温条件下的整体力学性能。因此，研究开发一种环境适应性强，在高温条件下仍保持有较高的层间剪切强度的碳纤维上浆剂具有重要的现实意义。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题：针对现如今使用的碳纤维上浆剂环境适应性不强，随着温度的提高，层间剪切强度下降，影响了碳纤维复合材料在高温条件下的整体力学性能的缺陷，提供了一种耐高温碳纤维上浆剂的方法。为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案：一种耐高温碳纤维上浆剂的方法，具体制备步骤为：（1）按重量份数计，取80～90份聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇、32～35份蒸馏水、25～35份聚四氢呋喃醚二醇、24～26份亚麻油、21～23份六亚甲基二异氰酸酯、17～22份三乙胺、13～16份1，4-丁二醇、7～9份催化剂、5～7份二氧化钛及4～6份2，2-二羟甲基丙酸；（2）将聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇和聚四氢呋喃醚二醇放入带有温度计、搅拌器及回流装置的四口烧瓶中，对四口烧瓶进行加热，温度为105～110℃，并对四口烧瓶抽真空至真空度为16～20pa，以120r/min搅拌脱水1～2h；（3）在脱水结束后，降温至65～70℃，向四口烧瓶中分别加入六亚甲基二异氰酸酯、催化剂及1，4-丁二醇，搅拌反应3～5h；（4）待搅拌反应结束后，再向四口烧瓶中加入2，2-二羟甲基丙酸、亚麻油及二氧化钛，升温至75～80℃，继续搅拌反应2～4h，随后冷却至45～50℃，静置3～5min，将四口烧瓶中的混合物放入高剪切乳化机中，再加入三乙胺及蒸馏水，剪切分散8～12min，得分散液；（5）按重量份数计，取60～70份分散液、40～45份均苯四甲酸二酐、33～36份三甲基六甲撑二胺、10～15份丙二醛及6～9份三甲基甲氧基硅烷放入反应釜中，使用氮气保护，设定温度为105～115℃，搅拌保温反应10～12h；（6）在保温结束后，自然冷却至室温，进行出料，并对出料物进行冷冻干燥，得冷冻干燥物，并使用冷冻干燥物质量3～4倍的无水乙醇冲洗冷冻干燥物，将冲洗后的冷冻干燥物放入85℃干燥箱中干燥6～8h，收集干燥物；（7）将干燥物进行粉碎，过200目筛，收集过筛颗粒，按重量份数计，取30～40份过筛颗粒、50～60份水、32～36份丙酮及12～14份十八烷基二甲基甜菜碱，放入搅拌机中搅拌30～40min，收集搅拌混合物，即可得耐高温碳纤维上浆剂。所述步骤（1）中催化剂为二月桂酸二丁基锡、n,n二甲基乙醇胺或三苯基膦中任意一种。本发明与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本发明以聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇、聚四氢呋喃醚二醇及亚甲基二异氰酸酯作为基料，以二月桂酸二丁基锡作为催化剂，1，4-丁二醇作为扩链剂，2，2-二羟甲基丙酸作为亲水剂，合成聚氨酯，通过亚麻油及二氧化钛进行改性，提高树脂的耐温性，通过高速剪切，增加柔韧性，再通过与均苯四甲酸二酐及三甲基六甲撑二胺等混合反应，获得热塑性聚酰亚胺和改性聚氨酯混合树脂，进一步提高耐温性，通过三甲基甲氧基硅烷增加混合树脂在碳纤维上的附着性能，最后利用十八烷基二甲基甜菜碱降低混合树脂的接触角，增加浸润性，与水、丙酮等混合，从而获得耐高温碳纤维上浆剂；（2）本发明制备的耐高温碳纤维上浆剂对环境的适应性强，在高温条件下仍保持有较高的层间剪切强度，保证了碳纤维复合材料在高温条件下具有较高的整体性能；（3）本发明制备的耐高温碳纤维上浆剂制备工艺简单，所需成本低，适用范围广，值得推广使用。具体实施方式按重量份数计，取80～90份聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇、32～35份蒸馏水、25～35份聚四氢呋喃醚二醇、24～26份亚麻油、21～23份六亚甲基二异氰酸酯、17～22份三乙胺、13～16份1，4-丁二醇、7～9份催化剂、5～7份二氧化钛及4～6份2，2-二羟甲基丙酸；将聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇和聚四氢呋喃醚二醇放入带有温度计、搅拌器及回流装置的四口烧瓶中，并将四口烧瓶置于油浴锅中，设定温度为105～110℃，对四口烧瓶抽真空至真空度为16～20pa，以120r/min搅拌脱水1～2h；在脱水结束后，降温至65～70℃，向四口烧瓶中六亚甲基二异氰酸酯、催化剂及1，4-丁二醇，以200r/min搅拌反应3～5h；待搅拌反应结束后，向四口烧瓶中加入2，2-二羟甲基丙酸、亚麻油及二氧化钛，升温至75～80℃，继续搅拌反应2～4h，随后冷却至45～50℃，静置3～5min；在静置结束后，将四口烧瓶中的混合物放入高剪切乳化机中，再分别加入三乙胺及蒸馏水，以8000r/min剪切分散8～12min，得分散液；按重量份数计，取60～70份分散液、40～45份均苯四甲酸二酐、33～36份三甲基六甲撑二胺、10～15份丙二醛及6～9份三甲基甲氧基硅烷放入反应釜中，使用氮气保护，设定温度为105～115℃，以150r/min搅拌保温反应10～12h；在保温结束后，自然冷却至室温，进行出料，并对出料物进行冷冻干燥，收集冷冻干燥物，并使用冷冻干燥物质量3～4倍的无水乙醇冲洗冷冻干燥物，将冲洗后的冷冻干燥物放入85℃干燥箱中干燥6～8h，收集干燥物；将干燥物放入粉碎机中进行粉碎，过200目筛，收集过筛颗粒，按重量份数计，取30～40份过筛颗粒、50～60份水、32～36份丙酮及12～14份十八烷基二甲基甜菜碱，放入搅拌机中，以300r/min搅拌30～40min，收集搅拌混合物，即可得耐高温碳纤维上浆剂。所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、n,n二甲基乙醇胺或三苯基膦中任意一种。实例1按重量份数计，取80份聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇、32份蒸馏水、25份聚四氢呋喃醚二醇、24份亚麻油、21份六亚甲基二异氰酸酯、17份三乙胺、13份1，4-丁二醇、7份二月桂酸二丁基锡、5份二氧化钛及4份2，2-二羟甲基丙酸；将聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇和聚四氢呋喃醚二醇放入带有温度计、搅拌器及回流装置的四口烧瓶中，并将四口烧瓶置于油浴锅中，设定温度为105℃，对四口烧瓶抽真空至真空度为16pa，以120r/min搅拌脱水1h；在脱水结束后，降温至65℃，向四口烧瓶中六亚甲基二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡及1，4-丁二醇，以200r/min搅拌反应3h；待搅拌反应结束后，向四口烧瓶中加入2，2-二羟甲基丙酸、亚麻油及二氧化钛，升温至75℃，继续搅拌反应2h，随后冷却至45℃，静置3min；在静置结束后，将四口烧瓶中的混合物放入高剪切乳化机中，再分别加入三乙胺及蒸馏水，以8000r/min剪切分散8min，得分散液；按重量份数计，取60份分散液、40份均苯四甲酸二酐、33份三甲基六甲撑二胺、10份丙二醛及6份三甲基甲氧基硅烷放入反应釜中，使用氮气保护，设定温度为105℃，以150r/min搅拌保温反应10h；在保温结束后，自然冷却至室温，进行出料，并对出料物进行冷冻干燥，收集冷冻干燥物，并使用冷冻干燥物质量3倍的无水乙醇冲洗冷冻干燥物，将冲洗后的冷冻干燥物放入85℃干燥箱中干燥6h，收集干燥物；将干燥物放入粉碎机中进行粉碎，过200目筛，收集过筛颗粒，按重量份数计，取30份过筛颗粒、50份水、32份丙酮及12份十八烷基二甲基甜菜碱，放入搅拌机中，以300r/min搅拌30min，收集搅拌混合物，即可得耐高温碳纤维上浆剂。实例2按重量份数计，取90份聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇、35份蒸馏水、35份聚四氢呋喃醚二醇、26份亚麻油、23份六亚甲基二异氰酸酯、22份三乙胺、16份1，4-丁二醇、9份三苯基膦、7份二氧化钛及6份2，2-二羟甲基丙酸；将聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇和聚四氢呋喃醚二醇放入带有温度计、搅拌器及回流装置的四口烧瓶中，并将四口烧瓶置于油浴锅中，设定温度为110℃，对四口烧瓶抽真空至真空度为20pa，以120r/min搅拌脱水2h；在脱水结束后，降温至70℃，向四口烧瓶中六亚甲基二异氰酸酯、三苯基膦及1，4-丁二醇，以200r/min搅拌反应5h；待搅拌反应结束后，向四口烧瓶中加入2，2-二羟甲基丙酸、亚麻油及二氧化钛，升温至80℃，继续搅拌反应4h，随后冷却至50℃，静置5min；在静置结束后，将四口烧瓶中的混合物放入高剪切乳化机中，再分别加入三乙胺及蒸馏水，以8000r/min剪切分散12min，得分散液；按重量份数计，取70份分散液、45份均苯四甲酸二酐、36份三甲基六甲撑二胺、15份丙二醛及9份三甲基甲氧基硅烷放入反应釜中，使用氮气保护，设定温度为115℃，以150r/min搅拌保温反应12h；在保温结束后，自然冷却至室温，进行出料，并对出料物进行冷冻干燥，收集冷冻干燥物，并使用冷冻干燥物质量4倍的无水乙醇冲洗冷冻干燥物，将冲洗后的冷冻干燥物放入85℃干燥箱中干燥8h，收集干燥物；将干燥物放入粉碎机中进行粉碎，过200目筛，收集过筛颗粒，按重量份数计，取40份过筛颗粒、60份水、36份丙酮及14份十八烷基二甲基甜菜碱，放入搅拌机中，以300r/min搅拌40min，收集搅拌混合物，即可得耐高温碳纤维上浆剂。实例3按重量份数计，取85份聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇、32份蒸馏水、30份聚四氢呋喃醚二醇、25份亚麻油、22份六亚甲基二异氰酸酯、20份三乙胺、15份1，4-丁二醇、8份n,n二甲基乙醇胺、6份二氧化钛及5份2，2-二羟甲基丙酸；将聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇和聚四氢呋喃醚二醇放入带有温度计、搅拌器及回流装置的四口烧瓶中，并将四口烧瓶置于油浴锅中，设定温度为108℃，对四口烧瓶抽真空至真空度为18pa，以120r/min搅拌脱水1.5h；在脱水结束后，降温至68℃，向四口烧瓶中六亚甲基二异氰酸酯、n,n二甲基乙醇胺及1，4-丁二醇，以200r/min搅拌反应4h；待搅拌反应结束后，向四口烧瓶中加入2，2-二羟甲基丙酸、亚麻油及二氧化钛，升温至78℃，继续搅拌反应3h，随后冷却至48℃，静置4min；在静置结束后，将四口烧瓶中的混合物放入高剪切乳化机中，再分别加入三乙胺及蒸馏水，以8000r/min剪切分散10min，得分散液；按重量份数计，取65份分散液、42份均苯四甲酸二酐、35份三甲基六甲撑二胺、12份丙二醛及8份三甲基甲氧基硅烷放入反应釜中，使用氮气保护，设定温度为110℃，以150r/min搅拌保温反应11h；在保温结束后，自然冷却至室温，进行出料，并对出料物进行冷冻干燥，收集冷冻干燥物，并使用冷冻干燥物质量3倍的无水乙醇冲洗冷冻干燥物，将冲洗后的冷冻干燥物放入85℃干燥箱中干燥7h，收集干燥物；将干燥物放入粉碎机中进行粉碎，过200目筛，收集过筛颗粒，按重量份数计，取35份过筛颗粒、55份水、34份丙酮及13份十八烷基二甲基甜菜碱，放入搅拌机中，以300r/min搅拌35min，收集搅拌混合物，即可得耐高温碳纤维上浆剂。将实例1～3中制备的上浆剂上浆后的碳纤维含浆重量份数分别为1.66%、1.72%、1.69%，并将所得碳纤维分别进行双螺杆反应挤出制备碳纤维增强聚甲醛树脂基复合材料，测定所制备的碳纤维增强聚甲醛树脂基复合材料的力学性能如表1所示。表1碳纤维增强聚甲醛树脂基复合材料的力学性能实例拉伸强度/mpa冲击强度（kj/m2）洛氏硬度/hrr弯曲强度/mpa111316..3294185.35211518.7298188.41311417.5096187.08当前第1页12