利用含聚丙烯酰胺预上浆剂制备上浆碳纤维的方法与应用、上浆碳纤维与应用与流程

本发明涉及碳纤维上浆剂领域，具体涉及一种利用含聚丙烯酰胺预上浆剂制备上浆碳纤维的方法与应用、上浆碳纤维与应用。

背景技术：

1、碳纤维增强橡胶材料可以结合碳纤维刚性和橡胶材料柔性的各自优势，取长补短，得到具有强韧特性的橡胶基复合材料，可广泛应用于制造轮胎帘子线、胎面胶、传送带、摩擦材料、电磁材料等领域。碳纤维增强橡胶基复合材料具有优异的拉伸性能、弹性模量、耐热性、耐疲劳性等综合特性，但由于碳纤维表面涂覆一层上浆剂，在碳纤维增强橡胶复合材料中，碳纤维与橡胶之间的真实界面是以上浆剂为主的过渡层。而目前碳纤维行业多用环氧类上浆剂，对橡胶基体不能产生良好的结合能力，使碳纤维的优势不能充分发挥，在经受反复外力作用时可能会导致纤维与橡胶的界面剥离，从而影响碳纤维增强橡胶材料的综合性能。上浆后的碳纤维也需具备一定的耐温性，在橡胶基复材高温加工制备的过程中保持质量稳定。由于碳纤维是一种脆性材料，在后道橡胶基复材铺层、编织、缠绕等工艺过程中可能会收到拉伸、摩擦、挤压、勾结等多种作用，因此对碳纤维的集束性能提出了较高的要求，上浆后的碳纤维应具有很好的集束性能，同时又需要具备良好的两相界面结合性能，对上浆剂提出了较高的要求。

2、cn106433148a申请了一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料及其制备方法，为改善两相界面，其采用了将碳纤维表面上浆剂清洗/高温脱除的方法，工艺复杂，对碳纤维损伤大，而且去除上浆后碳纤维表面惰性大，与橡胶基体的粘合性也不高。目前应用中尚未有针对碳纤维增强橡胶基复合材料的专用匹配上浆剂。

3、cn112679717a提供一种多用途自乳化阴离子型不饱和聚酯碳纤维上浆剂，采用多步反应制备侧链含羧基的具有低玻璃化转变温度的不饱和聚酯，加入成盐剂中和羧基，加入水得到自乳化阴离子型聚酯碳纤维上浆剂，可对碳纤维集束性与分纤性进行调控，同时可提高与环氧树脂基体的交联反应，但对橡胶基体的没有改进作用。

4、现有技术中，为了改善碳纤维与橡胶基体的界面问题，一般采用间苯二酚甲醛胶乳(以下均简称rfl乳液)来提高与橡胶的粘合性。但实际应用中发现，由于rfl乳液与碳纤维表面的结合能力不强，仅采用rfl乳液并不能有效地提高上浆后碳纤维与橡胶基体的粘结性。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服采用现有技术中的上浆剂对碳纤维上浆后得到的碳纤维集束性差，且与橡胶基体的粘结性差并且耐温性差的问题，提供一种利用含聚丙烯酰胺预上浆剂制备上浆碳纤维的方法与应用、上浆碳纤维与应用，该方法通过在碳纤维表面涂覆一层含有聚丙烯酰胺的预上浆剂并进行预干燥后，再利用rfl乳液进行二次涂覆并二次干燥，能够显著地提高制备得到的上浆碳纤维的集束性，并一定程度上改善上浆碳纤维与橡胶基体的粘结能力与耐温性能。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种利用含聚丙烯酰胺预上浆剂制备上浆碳纤维的方法，其特征在于，所述方法包括：

3、步骤一、采用含有聚丙烯酰胺和环氧树脂的预上浆剂对碳纤维进行预上浆和预干燥，得到初始碳纤维；

4、步骤二、采用间苯二酚甲醛胶乳对初始碳纤维进行二次上浆和二次干燥，得到上浆碳纤维。

5、本发明第二方面提供一种由本发明第一方面提供的方法制备得到的上浆碳纤维。

6、本发明第三方面提供一种本发明第一方面提供的方法、第二方面提供的上浆碳纤维在橡胶材料中的应用。

7、通过上述技术方案，本发明提供的利用含聚丙烯酰胺预上浆剂制备上浆碳纤维的方法与应用、上浆碳纤维与应用获得以下有益效果：

8、(1)本发明在预上浆剂中引入聚丙烯酰胺，能够显著提高制备得到的上浆纤维的集束性能，降低纤维损伤，并改善制备得到的上浆碳纤维和橡胶基体两相界面之间的渗透性和结合力。

9、(2)本发明通过利用含有聚丙烯酰胺和环氧树脂的预上浆剂和间苯二酚甲醛胶乳二次上浆剂对碳纤维进行分步上浆，两者协同增效，最终制备得到耐温性高、集束性优异的上浆碳纤维，且该上浆碳纤维与橡胶基体的粘结力良好。

10、(3)本发明所述方法无需对碳纤维进行高温或强酸碱处理，纤维损伤小，工艺安全环保，适用于工业化推广和应用。

技术特征：

1.一种利用含聚丙烯酰胺预上浆剂制备上浆碳纤维的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述环氧树脂为环氧树脂水性乳液；

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述聚丙烯酰胺的数均分子量为13000-22000，优选为15000-20000。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述环氧树脂和所述聚丙烯酰胺的质量比为1:0.3-1:0.8，优选为1:0.4-1:0.6。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其中，所述预上浆剂的浸润时间小于等于23s，优选小于等于10s。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的制备方法，其中，所述预上浆剂在25℃下粘度小于等于130厘泊，优选小于等于100厘泊。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，以碳纤维的质量为基准，所述预上浆剂的预上浆量为0.1-30wt％，优选为0.5-20wt％；

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其中，所述间苯二酚甲醛胶乳中，间苯二酚与甲醛的摩尔比为1:0.1-1:16，优选1:0.5-1:10。

9.由权利要求1-8中任意一项所述的利用含聚丙烯酰胺预上浆剂制备上浆碳纤维的方法制备得到的上浆碳纤维。

10.权利要求1-8中任意一项所述利用含聚丙烯酰胺预上浆剂制备上浆碳纤维的方法、权利要求9所述的上浆碳纤维在橡胶材料中的应用。

技术总结
本发明涉及碳纤维上浆剂领域，具体涉及一种利用含聚丙烯酰胺预上浆剂制备上浆碳纤维的方法与应用、上浆碳纤维与应用。所述方法包括：步骤一、采用含有聚丙烯酰胺和环氧树脂的预上浆剂对碳纤维进行预上浆和预干燥，得到初始碳纤维；步骤二、采用间苯二酚甲醛胶乳对初始碳纤维进行二次上浆和二次干燥，得到上浆碳纤维。该方法通过在碳纤维表面涂覆一层预上浆剂并进行预干燥后，再利用RFL乳液进行二次上浆并二次干燥，能够显著地提高制备得到的上浆碳纤维的集束性，并一定程度上改善上浆碳纤维与橡胶基体的粘结能力和耐温性能。

技术研发人员：季春晓,黄翔宇,辛美音,吴嵩义,庞燕华,刘莉莉
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4