纤维处理剂、用纤维处理剂处理的碳纤维和含有所述碳纤维的碳纤维复合材料的制作方法_3

文档序号:9291194阅读:来源:国知局
0080] 相对于100质量份的非水溶性聚酰胺,所用的水溶性聚酰胺的量的下限为2质量 份以上,优选5质量份以上,更优选7质量份以上,甚至更优选10质量份以上。相对于100 质量份的非水溶性聚酰胺,水溶性聚酰胺的量的上限为50质量份以下,优选30质量份以 下,更优选25质量份以下。可以以2质量份~50质量份,优选5质量份~30质量份,更优 选7质量份~25质量份,甚至更优选10质量份~25质量份的量使用所述水溶性聚酰胺。 当以小于2质量份的量使用所述水溶性聚酰胺时,由所述纤维处理剂形成的膜对基体树脂 具有差的粘结性。当以大于50质量份的量使用所述水溶性聚酰胺时,没有向由纤维处理剂 形成的膜赋予耐水性。
[0081] 对在本发明的纤维处理剂中含有的非水溶性聚酰胺和水溶性聚酰胺的熔点和玻 璃化转变温度没有特别限制。从优异的相容性和获得本发明的能够在纤维上形成具有优异 耐水性和对基体树脂的优异粘结性的膜的纤维处理剂的容易性的观点来看,玻璃化转变温 度差不大于100°C的非水溶性聚酰胺和水溶性聚酰胺的组合是优选的,且玻璃化转变温度 差不大于50°C的非水溶性聚酰胺和水溶性聚酰胺的组合是特别优选的。只要非水溶性聚酰 胺与水溶性聚酰胺之间的玻璃化转变温度差在上述范围内,则非水溶性聚酰胺与水溶性聚 酰胺的玻璃化转变温度中的哪一个更高是不受限制的。无论是否非水溶性聚酰胺或水溶性 聚酰胺具有更高的玻璃化转变温度,两种情况都是优选使用的。
[0082] 当本发明的纤维处理剂包含两种以上类型的非水溶性聚酰胺和/或两种以上类 型的水溶性聚酰胺时,纤维处理剂优选含有玻璃化转变温度差不大于l〇〇°C(更优选不大 于50°C)的非水溶性聚酰胺与水溶性聚酰胺的至少一种组合。还更优选地,水溶性和非水 溶性聚酰胺的全部组合都具有不大于l〇〇°C(更优选不大于50°C)的玻璃化转变温度差。
[0083] 本文中使用的术语"玻璃化转变温度"指的是使用示差扫描热量计(DSC)根据JIS K7121以20°C/分钟的加热速率测定的值。它是从比热的拐点获得的值。可用于这一测定 的示差扫描热量计(DSC)的实例包括由精工电子纳米科技有限公司(SIINanoTechnology Inc.)制造的"DSC7020"(商品名)等。
[0084] 制造本发明的纤维处理剂的方法没有特别限制。例如,通过使用如下方法可以制 造本发明的纤维处理剂,所述方法包括将非水溶性聚酰胺的水性分散液(非水溶性聚酰胺 水性分散液)与水溶性聚酰胺进行混合。或者,也可以使用如下方法制造纤维处理剂,所述 方法包括在水溶性聚酰胺存在的情况下对非水溶性聚酰胺进行乳化从而获得水性分散液。
[0085] 从获得的纤维处理剂的良好的静置稳定性的观点来看,通过单独制备非水溶性聚 酰胺水性分散液和水溶性聚酰胺水溶液并且将所述分散液与所述溶液进行混合来制造本 发明的纤维处理剂的方法是特别优选的。例如通过搅拌可以实施所述混合,从而提供更均 一的溶液(纤维处理剂)。当将非水溶性聚酰胺水性分散液与水溶性聚酰胺水溶液进行混 合时,在70°C以下添加水溶性聚酰胺水溶液可以制造本发明的具有特别优异的静置稳定性 且粘度增加较少的纤维处理剂。
[0086] 用于制造非水溶性聚酰胺水性分散液的方法没有特别限制。可以使用可在水性介 质中均一地分散非水溶性聚酰胺的任何方法。
[0087] 这种方法的实例包括如下方法:包括通过粉碎方法如机械研磨、冷粉碎或湿碾磨 将非水溶性聚酰胺粉碎,且将得到的非水溶性聚酰胺粉末分散在水性介质中的方法;通过 使用表面活性剂等将非水溶性聚酰胺乳化而制造水性分散液的方法;包括使用碱性物质对 非水溶性聚酰胺中的末端羧基进行中和且使所述聚酰胺自乳化的制造水性分散液的方法; 等。
[0088] 在本发明中,从能够使用相对简单的装置和控制粒度的容易性的观点来看,优选 使用包括用碱性物质对非水溶性聚酰胺中的末端羧基进行中和以及使所述聚酰胺自乳化 的方法。
[0089] 下面对这一方法进行详细解释。
[0090] 在这一方法中,例如将非水溶性聚酰胺、碱性物质和水性介质放在容器中,制备这 些成分的混合物。
[0091] 用于制备所述混合物的容器优选为这样的耐压容器,所述耐压容器配备有加热装 置和搅拌装置,所述加热装置用于将非水溶性聚酰胺加热至非水溶性聚酰胺在水性介质中 软化的温度或至更高的温度,所述搅拌装置可以对容器中的内容物施加剪切应力。例如,配 备有搅拌器的耐压高压釜等是优选的。
[0092] 接下来,将混合物加热至非水溶性聚酰胺的软化温度或之上、进行搅拌和乳化从 而获得乳液。将乳液冷却至室温产生非水溶性聚酰胺水性分散液。
[0093] 可以在这一过程的任何阶段添加水溶性聚酰胺。例如,可以首先在制备非水溶性 聚酰胺、碱性物质和水性介质的混合物的阶段添加水溶性聚酰胺。然而,如上所述,在本发 明中,从获得具有优异静置稳定性的纤维处理剂的观点来看,优选在用碱性物质对非水溶 性聚酰胺中的末端羧基进行中和且通过自乳化获得乳液(非水溶性聚酰胺水性分散液)后 添加水溶性聚酰胺。
[0094] 水性介质优选为水。可以使用各种类型的水如自来水、工业用水、离子交换水、去 离子水和纯水。特别地,去离子水和纯水是优选的。如果必要的话,可以向水性介质中添加 PH调节剂、粘度调节剂、抗真菌剂、消泡剂、增塑剂、稳定剂等,只要不损害本发明的目的即 可。
[0095] 碱性物质没有特别限制。可用的碱性物质的实例包括碱金属氢氧化物如氢氧化钠 和氢氧化钾、氨水和胺化合物。这种碱性物质可以单独或以两种以上的组合使用。其中,从 非水溶性聚酰胺水性分散液的优异静置稳定性的观点来看,氢氧化钠和氢氧化钾是特别优 选的。
[0096] 从优异的静置稳定性如获得的水性分散液的粘度随时间变化小的观点来看,相对 于每摩尔非水溶性聚酰胺的末端羧基,所用的碱性物质的量优选为〇. 1摩尔~1. 5摩尔,更 优选0. 4摩尔~1摩尔。当相对于每摩尔非水溶性聚酰胺的末端羧基,碱性物质的量为0. 1 摩尔以上时,倾向于容易获得水性分散液。当碱性物质的量为1. 5摩尔以下时,获得的水性 分散液具有更好的静置稳定性且不会变为强碱,由此不会造成环境问题并且是优选的。
[0097] 非水溶性聚酰胺的量没有特别限制,且相对于100质量份获得的非水溶性聚酰胺 水性分散液,优选为〇. 1质量份~80质量份,更优选20质量份~70质量份。
[0098] 本发明的纤维处理剂可以根据需要含有抗氧化剂,只要不损害本发明的目的即 可。抗氧化剂的添加抑制非水溶性聚酰胺和水溶性聚酰胺的热降解。当使用包含抗氧化剂 的纤维处理剂时,获得的纤维或纤维复合材料可具有提高的机械特性如耐热性。
[0099] 如果必要的话,本发明的纤维处理剂可以包含固化剂。固化剂的使用可以提高由 本发明的纤维处理剂形成的膜的耐水性。可用的固化剂的实例包括脲树脂、三聚氰胺树脂、 酚醛树脂、多环氧树脂、封端异氰酸酯等。
[0100] 在本发明的纤维处理剂中的非水溶性聚酰胺和水溶性聚酰胺的总浓度优选为0.1 质量%~80质量%,更优选1质量%~60质量%。考虑到水性分散液的稳定性,80质量% 以下的总聚酰胺浓度是优选的。考虑到粘结性,0. 1质量%以上的总聚酰胺浓度是优选的。 除非另有规定,用于表示聚酰胺浓度的单位"质量% "意思是"质量/质量% "。下文中同样 适用。
[0101] 分散在本发明的纤维处理剂中的非水溶性聚酰胺的平均粒度优选为〇. 05iim~ 20ym,更优选0?Iym~15ym,甚至更优选0? 2ym~10ym。当分散的非水溶性聚酰胺具 有0. 05ym以上的平均粒度时,所述处理剂具有优选的粘度且较容易处理。从处理剂的静 置稳定性如聚酰胺粒子的沉降趋势更小和向纤维中的浸渍更均一的观点来看,20ym以下 的平均粒度是优选的。通过激光衍射粒度分布测定方法对平均粒度进行测定。
[0102] 本发明的纤维处理剂包含水溶性聚酰胺以及非水溶性聚酰胺。由于水溶性聚酰胺 溶解在水性介质中,所以不能通过激光衍射粒度分布测定方法对水溶性聚酰胺的粒度进行 测定。因此,当通过激光衍射粒度分布测定方法确定在本发明的纤维处理剂中含有的聚酰 胺粒子的平均粒度时,获得的值指的是分散在本发明的纤维处理剂中的非水溶性聚酰胺的 平均粒度。
[0103] 基于以下进行计算:无论其形状如何,将显示与Iym直径球体的衍射/散射光图 案相同的衍射/散射光图案的粒子的粒度设定为Iym。
[0104] 本发明的纤维处理剂具有以下特征:与纤维的高相容性、均一且容易地浸渍到纤 维中、且当附着至基体树脂时形成具有优异机械特性的复合材料。
[0105] 对要用本发明的纤维处理剂处理的纤维没有特别限制。有机纤维的实例包括从植 物和动物获得的天然纤维如棉花、亚麻、黄麻、羊毛和羊绒;通过对有机化学品进行合成获 得的合成纤维如尼龙6、尼龙66和类似的聚酰胺合成纤维、聚酯
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