乳液型碳纤维上浆剂及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种乳液型碳纤维上浆剂及其制备方法和应用，上浆剂包括主浆料、乳化剂、氧化石墨烯、稀释剂和水，乳化剂的用量为主浆料的0.5～6wt%，氧化石墨烯的用量为主浆料的0.1~2wt%。制备时，将主浆料、稀释剂与乳化剂混合，进行搅拌预混，然后再缓慢加入氧化石墨烯水溶液进行转相乳化，形成氧化石墨烯与乳化剂共同稳定的Pickering乳液，得上浆剂。本发明制备方法操作简单，采用氧化石墨烯和乳化剂协同提高上浆剂的稳定性，减少了乳化剂的用量，减轻了环境污染，克服了单纯由乳化剂稳定的上浆剂稳定性差和乳化剂用量过多的缺陷，扩宽了主浆料的选择范围，上浆后能够改善碳纤维性能，增强碳纤维复合材料界面结合的效果，提高碳纤维复合材料的力学强度。
【专利说明】乳液型碳纤维上浆剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种乳液型碳纤维上浆剂及其制备方法和应用，特别涉及一种以氧化 石墨烯为稳定剂的Pickering乳液型碳纤维上楽剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 碳纤维及其复合材料拥有很多优异性能，已经被广泛应用于军用领域和民用领 域。但碳纤维具有一定的脆性，且碳纤维在生产过程中会产生单丝断裂、毛丝等现象，所以 必须对碳纤维进行上浆处理。碳纤维上浆剂有溶剂型和乳液型，比较常用的为乳液型。乳 液型上浆剂是以树脂为主要成分、通过添加一定量的乳化剂及助剂等制成的上浆剂，它以 水为分散剂，价格低廉、无污染，一般不会在导辊上残留树脂，因此，此种上浆剂是研究发展 的必然趋势。
[0003]目前使用的乳液型碳纤维上浆剂，一般以树脂为主浆料，利用一些常规的表面活 性剂作为乳化剂，采用转相乳化法制备。所使用的乳化剂为亚热力学不稳定状态，制备的乳 液容易受温度和PH值等外部因素的影响而产生分层、沉淀等现象，对应用非常不利。由于 树脂粘度大，不容易乳化，一般需要加入大量的乳化剂，乳化剂相对昂贵，成本高，而且有一 定毒性，大量乳化剂还会残留在纤维表面影响纤维的耐水性、耐热性，从而影响纤维增强复 合材料的性能。
[0004]Pickering乳液，又称固体粒子稳定乳液，是利用固体粒子作为乳化剂替代传统 表面活性剂的一种热力学稳定的乳液。因其良好的性能，Pickering乳液受到国内外研 究者的广泛关注，在二次采油、油漆、食品、医药、化妆品领域都有很好的应用。但是，目前 Pickering乳液在碳纤维上楽剂中的应用未见相关报道。Pickering乳液中固体粒子的选 择十分重要，不是所有的固体颗粒都能作为Pickering乳液的稳定剂，不同体系所选择的 固体粒子也存在较大差异，目前常用的是纳米Si02。
[0005] 专利CN1632217A公开了一种纳米SiO2改性碳纤维乳液上浆剂的制备方法，将环 氧树脂与纳米二氧化硅高速搅拌，对环氧树脂进行改性；然后加入乳化剂加入到改性的环 氧树脂中，通过转相乳化得到上浆剂。该上浆剂能提高碳纤维的界面性能和强度，还能使乳 液更稳定，耐高温。该专利中SiO2R是作为改性剂，并没有起到稳定剂的作用，上浆剂乳液 不是Pickering乳液，并不减少乳化剂的用量。而且，制备方法是环氧树脂与纳米二氧化硅 直接混合，混合过程中纳米二氧化硅容易团聚。
[0006] 目前有将石墨烯加入碳纤维上浆剂中的技术公开，例如专利CN102206919A公开 了一种石墨烯改性碳纤维乳液上浆剂及制备方法，该方法的上浆剂由有机树脂、乳化剂、润 滑剂、石墨烯、有机溶剂和去离子水组成，制备时先将有机树脂、乳化剂等采用转相乳化法 形成稳定的乳液，再将石墨烯加入该乳液中形成最终的上浆剂。该上浆剂中加入石墨烯是 为了提高碳纤维的界面性能和宏观性能，没有提到石墨烯有提高乳液稳定的作用。
[0007]目前还没有将氧化石墨烯加入上浆剂中改善上浆剂稳定性的相关报道，如果将氧 化石墨烯代替部分乳化剂制备上浆剂乳液，将会大大提高上浆剂的稳定性，还能减少乳化 剂对碳纤维性能的影响，具有很大的研究价值。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种乳液型碳纤维上浆剂，该上浆剂乳化剂使用量少，环境 污染小，还能改善碳纤维复合材料的界面性能，效果好。
[0009] 本发明的另一目的是提供该上浆剂的制备方法，该方法操作简单，易于实施，所得 上浆剂稳定性好。
[0010] 本发明还提供了使用该上浆剂对碳纤维上浆的方法，使用了本发明的上浆剂后， 碳纤维性能得到很好的改善。
[0011] 本发明针对现有乳液型碳纤维上浆剂乳化剂用量大的问题，以氧化石墨烯代替部 分乳化剂，既提高了上浆剂的稳定性，又能改善碳纤维的性能。在这一思路的指导下，经过 大量的研究和实验，通过乳化剂的选择，氧化石墨烯、乳化剂用量的选择，稀释剂、水的优化 以及制备方法的调整，最终得到了性能好的乳液型碳纤维上浆剂。具体技术方案如下： 本发明乳液型碳纤维上浆剂(简称碳纤维上浆剂或上浆剂，下同)，包括主浆料、乳化 齐U、氧化石墨烯、稀释剂和水，乳化剂的用量为主浆料的〇. 5?6wt%，氧化石墨烯的用量为 主浆料的〇. 1?2wt%。
[0012] 本发明选择氧化石墨烯而非石墨烯来代替部分乳化剂，氧化石墨烯中含有大量的 羟基和羧基，水溶性强，在乳液中能够起到很好的分散作用，而石墨烯表面没有经过预处 理，不溶于水，没有这种分散作用。
[0013] 本发明以氧化石墨烯代替部分乳化剂，减少了乳化剂的用量，提高了主浆料在上 浆剂中的分散性，提高了上浆剂的稳定性。氧化石墨烯的用量优选为主浆料的0. 2-0. 6wt%。 在加入氧化石墨烯后，乳化剂的用量可以降到6wt%以下，例如可以降低0. 5-5wt%、 0? 5-1. 8wt%、3-5wt%〇
[0014] 本发明所用的氧化石墨烯可以以鳞片石墨为原料，通过改进的Hmnmers方法制 得，也可以直接购买市售产品。氧化石墨烯的性能参数和自身特性为：厚度0. 9~1. 5nm，片 层直径2飞ym，层数1-2。只有满足这些要求，才能使主浆料的分散效果好，否则上浆剂的 稳定剂会降低。
[0015] 本发明上浆剂体系的pH应在6. 0左右。
[0016] 本发明稀释剂的用量为主浆料的l(T50wt%。
[0017] 上浆剂中，水的用量灵活性较大，可以根据所需上浆剂的浓度要求来控制水的用 量。一般的，为了减少上浆剂在运输过程中的成本，在配制上浆剂时优选使用较少的水，在 上浆时再加入额外的水稀释成所需的浓度。在本发明的优选实施例中，水与主浆料的质量 比为4:1。
[0018] 本发明乳化剂选择的是混合乳化剂，质量比为5?25:5(T70:1(T35的辛烷基苯酚 聚氧乙烯醚（0P-10)、失水山梨醇单油酸脂（司盘-80)和十二烷基苯磺酸钠（SDBS)的混合 物，优选质量比为10:65:25。混合乳化剂比单一乳化剂效果好，本发明乳化剂的选择即减少 了乳化剂的用量，也提高了上浆剂的性能。
[0019]目前上浆剂选择的主浆料都是粘度较小的E-51、E-55等环氧树脂，这样容易乳 化，但是这些树脂不耐高温，无法用于耐高温的复合材料体系，而AG80环氧树脂虽然能够 克服这一缺点，却由于粘度大而难于乳化，需要加大乳化剂的用量，不利于碳纤维的使用。 本发明通过对上浆剂配方的调整，在较低乳化剂含量的情况下即可使AG80等高粘度树脂 得到很好的分散和乳化，扩宽了主浆料的选择范围，所得上浆剂稳定性好，也不会降低碳纤 维的性能，性能高。在本发明实施例中，所用主浆料为E-5UE-55或AG80环氧树脂。
[0020] 本发明所用的稀释剂为非活性稀释剂或活性稀释剂，优选为活性稀释剂。其中，非 活性稀释剂为丙酮，活性稀释剂为新戊二醇二缩水甘油醚（商品名称678)。
[0021] 本发明上浆剂配方独特，通过氧化石墨烯与乳化剂的协同，以及其他成分的共同 作用，使上浆剂性质稳定，应用效果好。本发明上浆剂制备方法也较独特，在制备时，通过对 氧化石墨烯加入顺序和乳化条件的选择，使上浆剂性能更佳。
[0022] 本发明采用氧化石墨烯和乳化剂协同稳定的方法制备得到了Pickering乳液型 上浆剂，减少了乳液中乳化剂的用量，并将氧化石墨烯引入到上浆剂中，提高了碳纤维复合 材料的力学强度。为此，根据Pickering乳液乳化原理开发的含有氧化石墨烯的碳纤维上 浆剂乳液必定对碳纤维工业具有重要意义。
[0023] 本发明乳液型碳纤维上浆剂的制备方法，包括：将主浆料、稀释剂与乳化剂混合， 进行搅拌预混，然后再缓慢加入氧化石墨烯水溶液进行转相乳化，得上浆剂。这样的混合方 式能够充分发挥乳化剂和氧化石墨烯的分散乳化作用，将乳化剂和氧化石墨烯的量控制到 最低。
[0024] 本发明制备方法中，氧化石墨烯是以水溶液的形式加入到包含主浆料的混合物中 的。氧化石墨烯水溶液中的水即上浆剂中所需要的水。此外，调整水溶液的pH为6.0。
[0025] 本发明制备方法中，氧化石墨烯水溶液优选以滴加的形式加入到主浆料中，滴加 速度为 〇?1_5ml,/min，优选lmL/min〇
[0026] 本发明制备方法中，预混时，包含主浆料的混合物在2000rpm的转速下搅拌20 min〇
[0027] 本发明制备方法中，在对包含主浆料的混合物进行搅拌的情况下加入氧化石墨 烯，搅拌速度为6500-10500r/min;加入氧化石墨烯完毕后，将混合物继续在此转速下搅拌 20min，完成转相乳化。
[0028] 经过本发明的方法后，所得的上浆剂稳定性更好。
[0029] 本发明碳纤维上浆剂对碳纤维上浆的方法为：将上述乳液型碳纤维上浆剂加水稀 释到固含量为〇. 5-3.Owt%，然后采用浸渍法将稀释后的乳液型碳纤维上浆剂附于碳纤维 上。该方法操作简单，易于实施。
[0030] 上述对碳纤维上浆的方法中，碳纤维在乳液型碳纤维上浆剂中的浸渍时间为30s， 浸渍后将碳纤维在l〇〇°C下干燥IOmin。
[0031] 本发明具有以下优点： 1.本发明采用氧化石墨烯和乳化剂协同提高上浆剂的稳定性，减少了乳化剂的用量， 减轻了环境污染，克服了单纯由乳化剂稳定的上浆剂稳定性差和乳化剂用量过多的缺陷， 并且可以使用难于乳化的耐高温环氧树脂作为主浆料，稳定能力更强，也扩宽了主浆料的 选择范围。
[0032] 2、本发明上浆剂粒径分布均匀、具有良好的耐温性能及贮存稳定性，上浆后能够 改善碳纤维性能，增强碳纤维复合材料界面结合的效果，提高碳纤维复合材料的力学强度。
[0033] 3.本发明的制备方法操作简单，易于实施，为碳纤维上浆剂的制备提供了广阔的 研究与应用前景。
【具体实施方式】
[0034] 本发明上浆剂具体包括以下制备步骤： 首先，取氧化石墨烯，用水溶解；调节水溶液的PH值为6. 0,超声分散均匀，放到恒压滴 管中，待用。
[0035] 其次，将主浆料、稀释剂、乳化剂混合，把混合物在30°C水浴下搅拌混合均匀，使粘 度变低；然后将混合物取出，用高剪切分散乳化机以2000rpm的转速搅拌20min，完成预 混。
[0036] 第三，将氧化石墨烯水溶液滴加到预混后的混合物中，滴加过程中调节高剪切分 散乳化机的转速到650(Tl0500r/min，加完后在此转速下继续搅拌20min，完成转相乳 化，冷却后即得到本发明碳纤维上浆剂，测其固含量待用。
[0037] 下述实施例中，所用的碳纤维为日本东丽有限公司生产的型号为I700SC的碳纤 维，上浆前进行去浆处理。去浆采用索氏提取法：在不锈钢矩形框架上将适当长度的碳纤维 束均匀的缠绕其中，并放于索氏提取器中。装配好索氏提取装置，加入适量体积的丙酮，通 过控制电热套电压，调节索氏提取器虹吸4次每小时。36h后，采用去离子水对碳纤维进 行多次冲洗，然后置于1〇〇 °C恒温干燥箱中干燥，4h后，冷却置于干燥器中备用。
[0038] 所用的氧化石墨烯是实验室利用改进的Hmnmers方法制备，氧化石墨烯制备的具 体过程为： a. 室温下，将0. 5重量份硝酸钠、1重量份石墨粉和46重量份98wt%浓硫酸在冰浴条 件下混合，搅拌30min，然后再缓慢加入3重量份高锰酸钾，搅拌30min; b. 将步骤a中的反应体系加热至35°C，搅拌2~48h，得到褐色悬浮液；向悬浮液中缓 慢地加入50重量份去离子水，搅拌，升温至98°C继续反应5~10min，冷却至室温； c. 将步骤b的反应液边搅拌边倒入167重量份去离子水中，加入5重量份30wt%双氧 水，静置24h; d. 取下层沉淀，用去离子水在8000r/min条件下离心洗漆三次，每次5min;将沉淀用 去离子水透析，直至BaCl2检测无S0，，透析后将粘稠液体加入去离子水中，超声处理lh，然 后将溶液在4000r/min的条件下离心5min，所得上层液体即为氧化石墨烯水溶液。
[0039] e.把得到的氧化石墨烯水溶液稀释到2mg/mL，超声30min后，置于离心管中，在 5000rpm转速下离心IOmin,取上层溶液置于离心管中，在8000rpm转速下离心IOmin,取 上层溶液置于离心管中，在11000rpm转速下离心lOmin，取下层沉淀，加水溶解得氧化石 墨烯水溶液，将氧化石墨烯水溶液利用冷冻干燥法得到氧化石墨烯粉末。
[0040] 氧化石墨烯的相关性能参数为厚度〇? 9?L5nm，片层直径2飞i!m，层数1-2层。
[0041] 下面列举本发明的几个优选的例子，以对本发明进行进一步阐述，如无特别说明， 下述实施例中上浆剂各组分含量均为重量份。
[0042] 实施例1 上浆剂组成为：主浆料环氧树脂（AGSO)IOO份，氧化石墨烯0. 1份，乳化剂6份，稀释剂 新戊二醇二缩水甘油醚15份，水400份。其中乳化剂为质量比为10:65:25的辛烷基苯酚 聚氧乙烯醚（0P-10)、失水山梨醇单油酸脂（司盘-80)和十二烷基苯磺酸钠（SDBS)的混合 物。
[0043] 上浆剂制备方法为：首先，将主浆料AG80环氧树脂加入烧杯中，加入新戊二醇二 缩水甘油醚、乳化剂，把混合物在30 °C水浴下搅拌混合均匀，使粘度变低；然后将混合物 取出，用高剪切分散乳化机以2000rpm的转速搅拌20min。其次，取氧化石墨烯，溶于水中， 用氨水调节氧化石墨烯水溶液的pH值为6,超声20min，将溶液放到恒压滴管中，以5mL/ min的速率滴加到混合物中，并调节高剪切分散乳化机的转速到6500r/min，加完后继续搅 拌20min，冷却后即得到上浆剂，测其固含量待用。
[0044] 实施例2 上浆剂组成为：主浆料环氧树脂（E-51 )100份，氧化石墨烯0. 3份，乳化剂5份，稀释剂 新戊二醇二缩水甘油醚10份，水400份。其中乳化剂为质量比为10:65:25的辛烷基苯酚 聚氧乙烯醚（0P-10)、失水山梨醇单油酸脂（斯盘-80)和十二烷基苯磺酸钠（SDBS)的混合 物。
[0045] 上浆剂制备方法为：首先，将主浆料环氧树脂（E-51)加入烧杯中，加入新戊二醇 二缩水甘油醚、乳化剂，把混合物在30 °C水浴下搅拌混合均匀，使粘度变低；然后将混合 物取出，用高剪切分散乳化机以2000rpm的转速搅拌20min。其次，取氧化石墨烯，加水溶 解；用氨水调节氧化石墨烯水溶液的pH值为6,超声20min,放到恒压滴管中，以lmL/min 的速率滴加到混合物中，并调节高剪切分散乳化机的转速到8500r/min，加完后继续搅拌 20min，冷却后即得到上浆剂，测其固含量待用。
[0046] 实施例3 上浆剂组成为：主浆料环氧树脂（E-55) 100份，氧化石墨烯2份，乳化剂0. 5份，稀 释剂丙酮50份，水400份。其中乳化剂为质量比为10:65:25的辛烷基苯酚聚氧乙烯醚 (0P-10)、失水山梨醇单油酸脂（司盘-80)和十二烷基苯磺酸钠（SDBS)的混合物。
[0047] 上浆剂制备方法为：首先，将主浆料环氧树脂（E-55)加入烧杯中，加入丙酮，把混 合物在30 °C水浴下搅拌混合均匀，使粘度变低；然后，将混合物取出，用高剪切分散乳化 机以2000rpm的转速搅拌20min。其次，取氧化石墨烯，加水溶解；用氨水调节氧化石墨烯 水溶液的pH值为6,超声20min，放到恒压滴管中，以0.lmL/min的速率滴加到混合物中， 并调节高剪切分散乳化机的转速到10500r/min，加完后继续搅拌20min，冷却后即得到 上浆剂，测其固含量待用。
[0048] 实施例4 上浆剂组成为：主浆料环氧树脂（AG80)100份，氧化石墨烯0. 5份，乳化剂6份，稀释剂 丙酮30份，水400份。其中乳化剂为质量比为10:65:25的辛烷基苯酚聚氧乙烯醚（0P-10)、 失水山梨醇单油酸脂（司盘-80)和十二烷基苯磺酸钠（SDBS)的混合物。 上浆剂制备方法为：首先，将主浆料环氧树脂(AG80)加入烧杯中，加入丙酮、乳化剂， 把混合物在30 °C水浴下搅拌混合均匀，使粘度变低；然后，将混合物取出，用高剪切分散 乳化机以2000rpm的转速搅拌20min。其次，取氧化石墨烯，加水溶解；用氨水调节氧化 石墨烯水溶液的pH值为6,超声20min，放到恒压滴管中，以lmL/min的速率滴加到混合物 中，并调节高剪切分散乳化机的转速到9500r/min，加完后继续搅拌20min，冷却后即得 到上浆剂，测其固含量待用。
[0049] 实施例5 上浆剂组成为：主浆料环氧树脂（AGSO)IOO份，氧化石墨烯0. 6份，乳化剂I. 8份，稀释 剂新戊二醇二缩水甘油醚40份，水400份。其中乳化剂为质量比为10:65:25的辛烷基苯 酚聚氧乙烯醚（0P-10)、失水山梨醇单油酸脂（司盘-80)和十二烷基苯磺酸钠（SDBS)的混 合物。
[0050] 上浆剂制备方法同实施例2。
[0051] 实施例6 上浆剂组成为：主浆料环氧树脂（AG80)100份，氧化石墨烯0. 5份，乳化剂3份，稀释剂 新戊二醇二缩水甘油醚50份，水400份。其中乳化剂为质量比为10:65:25的辛烷基苯酚 聚氧乙烯醚（0P-10)、失水山梨醇单油酸脂（司盘-80)和十二烷基苯磺酸钠（SDBS)的混合 物。
[0052] 上浆剂制备方法同实施例2。
[0053] 实施例7 上浆剂的组成和制备方法同实施例2,不同的是：乳化剂为质量比为5:70:10的辛烷基 苯酚聚氧乙烯醚（0P-10)、失水山梨醇单油酸脂（司盘-80)和十二烷基苯磺酸钠（SDBS)的 混合物。
[0054] 上浆剂制备方法同实施例2。
[0055] 实施例8 上浆剂的组成和制备方法同实施例2,不同的是：乳化剂为质量比为25:50:35的辛烷 基苯酚聚氧乙烯醚（0P-10)、失水山梨醇单油酸脂（司盘-80)和十二烷基苯磺酸钠（SDBS) 的混合物。
[0056] 上浆剂制备方法同实施例2。
[0057] 比较例1 上浆剂组成为：主浆料环氧树脂(AG80) 100份，乳化剂5份，稀释剂新戊二醇二缩水甘 油醚10份，水400份。其中乳化剂为质量比为10:65:25的辛烷基苯酚聚氧乙烯醚（0P-10)、 失水山梨醇单油酸脂（司盘-80)和十二烷基苯磺酸钠（SDBS)的混合物。
[0058] 上浆剂制备方法同实施例2。
[0059] 比较例2 上浆剂组成同实施例5,如下：主浆料环氧树脂（AGSO)IOO份，氧化石墨烯0. 6份，乳化 齐U1. 8份，稀释剂新戊二醇二缩水甘油醚40份，水400份。其中乳化剂为质量比为10:65:25 的辛烷基苯酚聚氧乙烯醚（0P-10)、失水山梨醇单油酸脂（司盘-80)和十二烷基苯磺酸钠 (SDBS)的混合物。
[0060] 制备方法采用与专利CN102206919A的方法，形成乳液后再加入氧化石墨烯，如 下：首先，将主浆料环氧树脂(AG80)加入烧杯中，加入新戊二醇二缩水甘油醚、乳化剂，把 混合物在30 °C水浴下搅拌混合均匀，使粘度变低；然后，将混合物取出，用高剪切分散乳 化机以2000rpm的转速搅拌20min。其次，按照主浆料与水1:4的比例，把调好pH值为 6的去离子水放到恒压滴管中，以lmL/min的速率滴加到混合物中，并调节高剪切分散乳化 机的转速到8500r/min，加完后继续搅拌20min,冷却后形成乳液；最后，将氧化石墨烯缓 慢加入该乳液中，搅拌均匀，得氧化石墨烯改性上浆剂。在此氧化石墨烯最后加，不起转相 乳化的作用。
[0061]比较例3 上浆剂组成和制备方法同实施例2,不同的是：乳化剂仅为0P-10。
[0062] 室温下测定上述制备的各上浆剂的稳定性、上浆碳纤维的上浆率、硬挺度、毛丝 量、耐磨次数以及碳纤维增强环氧树脂的层间剪切强度（ILSS)。
[0063] 各上浆剂的上浆方法为：将各上浆剂稀释到固含量为I. 5wt%，用浸渍法将上浆剂 附着于碳纤维上，浸胶时间为30s，上浆后碳纤维在KKTC下干燥lOmin。
[0064] 测试和评价方法如下： 1.上浆剂稳定性 采用离心机在室温下测定上浆剂的离心稳定性，离心稳定性分级如下： I 级：在 1500r/minX20min下分层； II 级：在 2000r/minX20min下分层； III级：在 2500r/minX20min下不分层； IV级：在 3000r/minX20min下不分层； V级：在3500r/minX20min下不分层。
[0065] 2?上浆剂平均粒径 用去离子水将上浆剂乳液稀释到测量范围，然后采用LS-13320型激光粒度分析仪进 行分析乳液的粒径分析。
[0066] 3.硬挺度 研究碳纤维受到弯曲作用时的性能很重要，因为碳纤维在编织的过程中，受到反复的 弯曲应力，尤其在编织多维织物时，碳纤维在织机上的曲折角很大，受到的弯曲作用很大， 会产生弯曲变形，因此要求碳纤维具有适度的柔韧性。上浆前后碳纤维的硬挺度在一定程 度上可以反映碳纤维的柔韧性，硬挺度越大，柔韧性越低。
[0067] 硬挺度的测定采用定长的纤维在其中点悬挂起来会悬垂一定的角度的原理。首先 要对碳纤维进行退绕。将碳纤维穿过退绕装置的导纱钩，并绕过三个不锈钢轮，缠绕在转速 为lOmm/s左右的绕丝筒上，起动马达进行卷绕。
[0068] 退绕后的纤维进行硬挺度的测试。测试装置由半径为IOmm的不锈钢钩作为悬挂 点，在悬挂点下60mm处有一滑动标尺，量取500mm退绕后的碳纤维悬挂在钩子上，使试样从 两侧伸出的长度相等，静置30s后测量两端的距离。
[0069] 4.毛丝量 碳纤维束在两个聚氨酯海绵擦尺寸为40mm(长）XIOmm(宽）X5mm(厚）的夹持下，整 个聚氨酯海绵擦载重200g。碳纤维束以lm/min的速度通过短边，测IOmin后附在海绵上毛 丝的重量，即为碳纤维束的摩擦毛丝量。
[0070] 5.耐磨性 耐磨装置中导丝辊直径为l〇mm，不锈钢辊直径为15mm，两个导丝辊与不锈钢辊的夹角 为120度。载重为300g/12000根，碳纤维束以每分钟120次的速率匀速往复运动，并与不 锈钢辊反复摩擦，记录纤维磨断时的次数。
[0071] 6.碳纤维复合材料层间剪切强度（ILSS) 碳纤维复合材料的层间剪切强度按照JC/T773-1996 (GB3357-82)测定所得。
[0072] 制备的单向碳纤维增强环氧树脂样品的参数为：样品尺寸为厚3mmX宽6mmX长 25mm，跨度与厚度比为5,加载速度为lmm/min。
[0073] 将各实施例或比较例制备的上浆剂按照上述方法进行测试，同时以未上浆的碳纤 维做对比，结果如下表1所示。 表1
【权利要求】
1. 一种乳液型碳纤维上浆剂，其特征是：包括主浆料、乳化剂、氧化石墨烯、稀释剂和 水，乳化剂的用量为主浆料的0. 5?6wt%，氧化石墨烯的用量为主浆料的0. l~2wt%。
2. 根据权利要求1所述的乳液型碳纤维上浆剂，其特征是：氧化石墨烯的用量为主浆 料的 0· 2-0. 6wt%。
3. 根据权利要求1或2所述的乳液型碳纤维上浆剂，其特征是：氧化石墨烯的厚度为 0· 9?1. 5nm，片层直径为2?5 μ m，层数1-2层。
4. 根据权利要求1所述的乳液型碳纤维上浆剂，其特征是：所述乳化剂为质量比为 5?25:5(Γ70:1(Γ35的辛烷基苯酚聚氧乙烯醚、失水山梨醇单油酸脂和十二烷基苯磺酸钠的 混合物，优选为质量比为10:65:25的辛烷基苯酚聚氧乙烯醚、失水山梨醇单油酸脂和十二 烧基苯横酸纳的混合物。
5. 根据权利要求1所述的乳液型碳纤维上浆剂，其特征是：稀释剂的用量为主浆料的 l(T5〇Wt% ;去离子水与主浆料的质量比为4:1。
6. 根据权利要求1所述的乳液型碳纤维上浆剂，其特征是：所述主浆料为环氧树脂，包 括E-51、E-55、AG80环氧树脂；所述稀释剂为非活性稀释剂，例如丙酮，或者为活性稀释剂， 例如新戊二醇二缩水甘油醚。
7. -种权利要求1所述的乳液型碳纤维上浆剂的制备方法，其特征是：将主浆料、稀释 剂与乳化剂混合，进行搅拌预混，然后再缓慢加入氧化石墨烯水溶液进行转相乳化，得上浆 剂。
8. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：石墨烯水溶液滴加到主浆料中，滴加速 度为 0·卜5 ml,/miη，优选 lmL/min〇
9. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：将主浆料、稀释剂与乳化剂的混合物在 2000 rpm的转速下搅拌20 min,实现预混；氧化石墨烯水溶液在6500-10500 r/min的搅拌 速度下加入，加入完毕后继续在此转速下搅拌20min，完成转相乳化。
10. -种碳纤维上浆的方法，其特征是：将权利要求1所述的乳液型碳纤维上浆剂加水 稀释到固含量为〇. 5~3. 0 wt%，然后采用浸渍法将稀释后的乳液型碳纤维上浆剂附于碳纤 维上。
【文档编号】D06M15/53GK104264484SQ201410502217
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】葛曷一, 柳华实, 王翠翠, 马小龙, 黄振 申请人:济南大学