一种碳纤维原丝油剂的制备方法
【专利摘要】本发明是一种碳纤维原丝油剂的制备方法，其步骤如下:取复合乳化剂与特征复合改性硅油，按照1～4：3～10的重量比投入高剪切乳化机中搅拌均匀，加入复合助剂，再向其中滴加适量去离子水，搅拌搅拌时间为20～120min，调节pH值为3～10，所得淡蓝色、淡黄色或者白色乳液即为碳纤维原丝油剂。本发明方法工艺操作简单，可以直接应用于工业化生产线上。用本发明方法制成的油剂使用时渗透性好，可以提高纤维集束性，且耐高温，工艺稳定性好，可以在整个预氧化过程中以及低温碳化初期很好地保护纤维，大大降低了单丝粘连和并丝现象，减少了纤维的表面缺陷，提高了碳纤维的性能。
【专利说明】一种碳纤维原丝油剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种油剂的制备方法，特别是一种碳纤维原丝油剂的制备方法。
【背景技术】
[0002]碳纤维具备高强度、高模量、耐高温、耐酸碱腐蚀等众多优点，被广泛应用在航空航天、土木建筑、新能源等领域。同时碳纤维复合材料也正在被广泛应用在各行各业，随着经济与科技的快速发展，碳纤维的需求量将进一步提高。
[0003]优质的碳纤维原丝是制备高品质碳纤维的关键，原丝的性能直接决定着最终碳纤维的性能。在原丝制造工艺中，上油工艺是极其重要的一个生产工艺，高品质的油剂能够解决在纺丝过程中出现的丝束的粘连；缓解在200°C?400°C的预氧化过程中因局部过热产生的丝束热粘连与热融并带来的预氧化纤维表面缺陷；减少在400?1500°C的低温碳化阶段因大量的副产物排走导致的纤维热融并与热粘连；同时油剂成膜可以减小丝束与机械设备之间摩擦引起的起毛、断丝和表面缺损。
[0004]碳纤维原丝油剂应该具备优良的耐高温性能，抗静电性能，润湿润滑性能，集束与防粘性能，但是目前国内市场上性能优良的碳纤维原丝油剂却非常鲜见，甚至国产碳纤维原丝油剂的生产厂家都很少。目前最为常用的碳纤维油剂有两大类，一类是以长链脂肪酸与多元醇的聚酯和长链脂肪酰胺的环氧乙烷加成物等为主要组分，另一类是以聚二甲基硅氧烷为主体改性的有机硅油剂。有机硅油剂在耐热性，润滑性，防粘性上表现出优势。不同基团改性的硅油具有不同的特殊性能，氨基改性硅油具备优良的成膜性与亲水性，环氧改性硅油具备优良的耐热性，而聚醚改性硅油具备优良的自乳化性能。好的碳纤维原丝油剂应该是多功能性复配油剂，制备性能优异，稳定性好的复合型多功能油剂是目前碳纤维原丝油剂所急需解决的难题。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种制备性能优异，稳定性好的碳纤维原丝油剂的制备方法。
[0006]本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种碳纤维原丝油剂的制备方法，其特点是，其步骤如下:
取复合乳化剂与特征复合改性硅油，按照I?4:3?10的重量比投入高剪切乳化机中搅拌均匀，加入质量百分含量I?2%的复合助剂，再向其中滴加适量去离子水，控制搅拌速度为1500?10000r/min，搅拌时间为20?120min，调节pH值至3?10，所得淡蓝色、淡黄色或者白色乳液即为碳纤维原丝油剂；
所述的复合乳化剂是由下述至少2种乳化剂复合而成:异构醇聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂，烷基酚聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂，脂肪醇聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂，聚氧乙烯失水山梨醇酯型非离子表面活性剂，烷基醇酰胺型非离子表面活性剂，C1(TC18直链醇醚型非离子表面活性剂；制备时，将上述至少2种乳化剂置于容器内，升温至4(T90°C，搅拌均匀后冷却至室温，得到乳白色或淡黄色复合乳化剂；
所述的特征复合改性硅油是由以下至少2种原料制成的:30-80份氨基改性聚二甲基硅氧烷，10-60份聚醚改性聚二甲基硅氧烷，10-50份环氧改性聚二甲基硅氧烷，10-20份乙烯基改性聚二甲基硅氧烷；
所述的复合助剂分别由下述A组和B组中至少I种原料复合而成汸组原料为三羟乙基甲基季铵硫酸甲酯盐，十二烷基三甲基氯化铵，异十三醇醚磷酸甲酯盐，聚氧乙烯月桂酸酯；Β组原料为改性聚甲基硅氧烷型消泡剂，脂肪醇聚氧乙烯醚，异戊醇，磷酸三丁酯。
[0007]本发明所述的碳纤维原丝油剂的制备方法中，所述的特征复合改性硅油中原料氨基改性聚二甲基硅氧烷具备以下特征:
末端具有甲基的二甲基硅的一部分侧链被化学式(I )或者化学式(II)取代 -CH2-NH-CH2-CH2-NH2 ( I )
R-NH2(II)。
[0008]本发明所述的碳纤维原丝油剂的制备方法中，特征复合改性硅油中原料聚醚改性聚二甲基硅氧烷具备以下特征:
末端具有甲基的二甲基硅的一部分侧链被化学式(I )或者化学式(II)取代 -CH2 (OCH2-CH2) lcri50CH3 ( I )
-CH2-NH (CH2-CH2) 10-15OCOCH3 (II)0
[0009]本发明所述的碳纤维原丝油剂的制备方法中，特征复合改性硅油中原料环氧改性聚二甲基硅氧烷具备以下特征:
末端具有甲基的二甲基硅的一部分侧链或者末端甲基被化学式(I )、化学式(II)或化学式(III)取代
【权利要求】
1.一种碳纤维原丝油剂的制备方法，其特征在于，其步骤如下: 取复合乳化剂与特征复合改性硅油，按照I~4:3~10的重量比投入高剪切乳化机中搅拌均匀，加入质量百分含量I~2%的复合助剂，再向其中滴加适量去离子水，控制搅拌速度为1500~10000r/min，搅拌时间为20~120min，调节pH值至3~10，所得淡蓝色、淡黄色或者白色乳液即为碳纤维原丝油剂； 所述的复合乳化剂是由下述至少2种乳化剂复合而成:异构醇聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂，烷基酚聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂，脂肪醇聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂，聚氧乙烯失水山梨醇酯型非离子表面活性剂，烷基醇酰胺型非离子表面活性剂，C1(TC18直链醇醚型非离子表面活性剂；制备时，将上述至少2种乳化剂置于容器内，升温至4(T90°C，搅拌均匀后冷却至室温，得到乳白色或淡黄色复合乳化剂； 所述的特征复合改性硅油是由以下至少2种原料制成的:30-80份氨基改性聚二甲基硅氧烷，10-60份聚醚改性聚二甲基硅氧烷，10-50份环氧改性聚二甲基硅氧烷，10-20份乙烯基改性聚二甲基硅氧烷； 所述的复合助剂分别由下述A组和B组中至少I种原料复合而成4组原料为三羟乙基甲基季铵硫酸甲酯盐，十二烷基三甲基氯化铵，异十三醇醚磷酸甲酯盐，聚氧乙烯月桂酸酯；Β组原料为改性聚甲基硅氧烷型消泡剂，脂肪醇聚氧乙烯醚，异戊醇，磷酸三丁酯。
2.根据权利要求1所述的碳纤维原丝油剂的制备方法，其特征在于，所述的特征复合改性硅油中原料氨基改性聚二甲基硅氧烷具备以下特征: 末端具有甲基的二甲基硅的一部分侧链被化学式(I )或者化学式(II)取代 -CH2-NH-CH2-CH2-NH2 ( I ) R-NH2(II)。
3.根据权利要求1所述的碳纤维原丝油剂的制备方法，其特征在于，特征复合改性硅油中原料聚醚改性聚二甲基硅氧烷具备以下特征: 末端具有甲基的二甲基硅的一部分侧链被化学式(I )或者化学式(II)取代 -CH2 (OCH2-CH2) lcri50CH3 ( I )
-CH2-NH (CH2-CH2) 10-15OCOCH3 (II)0
4.根据权利要求1所述的碳纤维原丝油剂的制备方法，其特征在于，特征复合改性硅油中原料环氧改性聚二甲基硅氧烷具备以下特征: 末端具有甲基的二甲基硅的一部分侧链或者末端甲基被化学式(I )、化学式(II)或化学式(III)取代
5.根据权利要求1所述的碳纤维原丝油剂的制备方法，其特征在于，所述的氨基改性硅油在25°C时的粘度为l(T6000mm2/S，氨值为0.3^1.0 ;所述的环氧改性硅油在25°C时的粘度为5(T10000 mm2/s，环氧当量值为0.0O1~ 0.25 ;所述的聚醚改性硅油在25°C时的粘度为30(Tl500 mm2/s，聚醚基团的改性量为0.0Of 0.8 ;所述的乙烯基改性硅油在25°C时的粘度为100~6000 mm2/s,乙烯基的改性量为0.ΟΟ1~Ο.5。
6.权利要求1-5任一项所述制备方法制得的碳纤维原丝油剂在小丝束，大丝束碳纤维原丝油剂中的用途。
【文档编号】D06M15/647GK104179019SQ201410420266
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】刘芳, 欧阳新峰, 陈秋飞, 崔丽敏 申请人:中复神鹰碳纤维有限责任公司