[0032] 实施例2 按下述重量份数称取各原料： 环氧树脂（E-44) 100份； 丙酮50份； 乙醇胺53. 6份； 冰乙酸31份； 烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯环氧基醚：20份； 氧化石墨烯2. 5份； 去呙子水150份。
[0033] 按下述方法制备水溶性碳纤维上浆剂： 首先，将环氧树脂与稀释剂混合，把混合物在35 °C水浴下200 rpm磁力搅拌10 min混 合均匀，使粘度变低完成预混。其次，将改性剂滴加到混合物中，转速变为400rpm，温度为 50 °C，滴加速度为1份/min，反应时间为1.5 h。第三，将冰乙酸滴加到混合物中，维持上 述转速与温度，滴加速度为1份/min，反应时间为I. 5 h，冷却后即得到改性环氧树脂。改 性环氧树脂与烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯环氧基醚混合共同作为主浆料。第四，将氧化石墨 烯水溶液与去离子水加入到主浆料中，充分搅拌均匀，得到水溶性碳纤维上浆剂。
[0034] 实施例3 按下述重量份数称取各原料： 环氧树脂（E-51) 100份； 丙酮50份； 二乙醇胺26. 8份； 冰乙酸15. 5份； 烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯环氧基醚：15份； 氧化石墨烯5份； 去呙子水150份。
[0035] 按下述方法制备水溶性碳纤维上浆剂： 首先，将环氧树脂与稀释剂混合，把混合物在35°C水浴下200rpm磁力搅拌10 min混 合均匀，使粘度变低完成预混。其次，将改性剂滴加到混合物中，转速变为300rpm，温度为 60 °C，滴加速度为1份/min，反应时间为2 h。第三，将冰乙酸滴加到混合物中，维持上述 转速与温度，滴加速度为1份/min，反应时间为2 h，冷却后即得到改性环氧树脂。改性环 氧树脂与烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯环氧基醚混合共同作为主浆料。第四，将氧化石墨烯水 溶液与去离子水加入到主浆料中，充分搅拌均匀，得到水溶性碳纤维上浆剂。
[0036] 实施例4， 按下述重量份数称取各原料： 环氧树脂（E-44) 100份； 正丁醇25份； 2-氨基乙基-2-羟基乙醚40. 2份； 冰乙酸23. 3份； 烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯环氧基醚：30份； 氧化石墨烯7. 5份； 去呙子水150份。
[0037] 按下述方法制备水溶性碳纤维上浆剂： 首先，将环氧树脂与稀释剂混合，把混合物在35°C水浴下200rpm磁力搅拌10 min混 合均匀，使粘度变低完成预混。其次，将改性剂滴加到混合物中，转速变为400rpm，温度为 70 °C，滴加速度为1份/min，反应时间为2.5h。第三，将冰乙酸滴加到混合物中，维持上 述转速与温度，滴加速度为1份/min，反应时间为2 h，冷却后即得到改性环氧树脂。改性 环氧树脂与烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯环氧基醚混合共同作为主浆料。第四，将氧化石墨烯 水溶液与去离子水加入到主浆料中，充分搅拌均匀，得到水溶性碳纤维上浆剂。
[0038] 实施例5， 按下述重量份数称取各原料： 环氧树脂（E-51) 100份； 丙酮25份； 乙醇胺26. 8份； 冰乙酸15. 5份； 烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯环氧基醚：45份； 氧化石墨烯10份； 去呙子水150份。
[0039] 按下述方法制备水溶性碳纤维上浆剂： 首先，将环氧树脂与稀释剂混合，把混合物在35 °C水浴下200 rpm磁力搅拌10 min混 合均匀，使粘度变低完成预混。其次，将改性剂滴加到混合物中，转速变为200 rpm，温度为 40 °C，滴加速度为1份/min，反应时间为1.5 h。第三，将冰乙酸滴加到混合物中，维持上 述转速与温度，滴加速度为1份/min，反应时间为I h，冷却后即得到改性环氧树脂。改性 环氧树脂与烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯环氧基醚混合共同作为主浆料。第四，将氧化石墨烯 水溶液与去离子水加入到主浆料中，充分搅拌均匀，得到水溶性碳纤维上浆剂。
[0040] 室温下测定上述制备的各上浆剂的稳定性、硬挺度、毛丝量、耐磨次数、单丝拉伸 性能以及碳纤维/ABS复合材料的层间剪切强度。
[0041] 各上浆剂的上浆方法为：将各上浆剂稀释到固含量为1.5 wt %，用浸渍法将上浆 剂附着于碳纤维上，浸胶时间为30 s，上浆后碳纤维在100 °C下干燥10 min。
[0042] 测试和评价方法如下： 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 1500 r/min X 20 min 下分层； II 级：在 2000 r/min X 20 min 下分层； III级：在 2500 r /min X 20 min 下不分层； IV级：在 3000 r /min X 20 min 下不分层； V级：在3500 r /min X20 min下不分层。
[0043] 2.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。
[0044] 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10 mm/s左右的绕丝筒上，起动马达进行卷绕。
[0045] 退绕后的纤维进行硬挺度的测试。测试装置由半径为10mm的不锈钢钩作为悬挂 点，在悬挂点下60 mm处有一滑动标尺，量取500 mm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30 s后测量两端的距离。
[0046] 3.毛丝量 碳纤维束在两个聚氨酯海绵擦尺寸为40 mm (长）X 10 mm (宽）X5 mm (厚)的夹持下， 整个聚氨酯海绵擦载重200 g。碳纤维束以I m/min的速度通过短边，测10 min后附在海 绵上毛丝的重量，即为碳纤维束的摩擦毛丝量。
[0047] 4.耐磨性 碳纤维的耐磨性测试在LFY-109B型耐磨仪上进行。导丝辊直径为10 mm，装有砂纸的 不锈钢辊直径为15 mm，两个导丝辊与不锈钢辊的夹角为120°。载重G为200g，碳纤维束 以每分钟120次的速率勾速往复运动，并与不锈钢辑上的砂纸反复摩擦，记录纤维磨断时 的次数。
[0048] 5.单丝拉伸强度 碳纤维单丝拉伸强度按照GB/T 31290-2014测定。
[0049] 6.碳纤维复合材料层间剪切强度（ILSS) 碳纤维/ABS复合材料的层间剪切强度按照GB3357-1982测定。
[0050] 将各实施例制备的上浆剂、碳纤维和碳纤维/ABS复合材料按照上述方法进行测 试，结果如下表1所示。
[0051] 表 1
表1数据表明，本发明的水溶性碳纤维上浆剂稳定性好、耐磨性高、毛丝量降低，碳纤 维与热塑性树脂的界面黏结性好，复合材料的力学强度提高。
【主权项】
1. 一种水溶性碳纤维上浆剂，其特征在于采用以下重量份数的原料制成： 环氧树脂：100份； 稀释剂：5~55份； 改性剂：1〇~55份； 冰乙酸：5~35份； 烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯环氧基醚：5~40份； 氧化石墨烯：〇~15份； 去呙子水：150份。2. 如权利要求1所述的水溶性碳纤维上浆剂，其特征在于采用以下重量份数的原料制 成： 环氧树脂：100份； 稀释剂：1〇~50份； 改性剂：13. 4~53. 6份； 冰乙酸：7. 8~31. 0份； 烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯环氧基醚：1〇~30份； 氧化石墨烯：3~10份； 去呙子水：150份。3. 如权利要求1所述的水溶性碳纤维上浆剂，其特征是：氧化石墨烯的厚度为0. 9~1. 5 nm，片层直径为2~5ym〇4. 如权利要求1所述的水溶性碳纤维上浆剂，其特征是： 所述环氧树脂，包括E-51环氧树脂、E55环氧树脂或E-44环氧树脂； 所述稀释剂为丙酮、甲乙酮或正丁醇； 所述改性剂为二乙醇胺、乙醇胺或2-氨基乙基-2-羟基乙醚。5. 如权利要求1-4任意一项所述的一种水溶性碳纤维上浆剂的制备方法，其特征是： 包括如下步骤： 首先，将环氧树脂与稀释剂进行搅拌预混，再在35-70°C和200-400rpm转速下先加入 改性剂，1-2. 5h后，再加入冰乙酸进行成盐，得到改性的环氧树脂，然后与烯丙基聚氧乙烯 聚氧丙烯环氧基醚共同作为主浆料，加入氧化石墨烯进行搅拌改性，最后用去离子水进行 稀释，得氧化石墨烯改性的水溶性碳纤维环氧树脂上浆剂。6. 如权利要求5所述的制备方法，其特征是：改性剂与冰乙酸分别滴加到环氧树脂中 的速度均为〇. 1~5份/min。7. 如权利要求6所述的制备方法，其特征是：改性剂与冰乙酸分别滴加到环氧树脂中 的速度均为1份/min。8. 如权利要求5所述的制备方法，其特征是：环氧树脂与稀释剂是在200 rpm的转速 下搅拌10min，实现预混。9. 如权利要求1-4任意一项所述的水溶性碳纤维上浆剂，其特征是：加水稀释到固含 量为0. 5~3. 0wt%，然后采用浸渍法将稀释后的上浆剂附于碳纤维上。10. -种碳纤维复合材料，其特征是：包含权利要求9所述的碳纤维，制备碳纤维增强 的热塑性树脂复合材料，热塑性树脂指包含5. 0~10. 0份马来酸酐接枝的ABS、聚丙烯、聚乙 烯和聚苯乙烯树脂中一种或多种。
【专利摘要】本发明公开了一种水溶性碳纤维上浆剂，采用以下重量份数的原料制成，环氧树脂100份；稀释剂5~55份；改性剂10~55份；冰乙酸5~35份；烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯环氧基醚5~40份；氧化石墨烯0~15份；去离子水150份。本发明克服了传统上浆剂成本较高、毒性大、污染环境和稳定性差等缺陷，解决了热塑性树脂与碳纤维黏结性不好的问题。使用该上浆剂上浆后，碳纤维的耐磨性提高、毛丝量降低，碳纤维的后加工性能得到改善，并且与热塑性树脂的界面黏结性较好，复合材料的力学强度也得到一定提高。
【IPC分类】D06M15/55, C08J5/06, C08L23/06, C08L23/12, D06M101/40, C08L55/02, C08L25/06, C08K9/02, C08K9/04, D06M11/74, C08K7/06, D06M15/53, C08G59/16
【公开号】CN105178026
【申请号】
【发明人】葛曷一, 王翠翠, 金朝生, 谭光辉, 张予洋
【申请人】山东日新复合材料有限公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年10月29日