本技术领域涉及一种超支化聚芳醚腈基水性上浆剂及其制备方法。该上浆剂由聚芳醚腈、表面活性剂、有机溶剂和水组成,其中聚芳醚腈含量为0.5-6%,表面活性剂为0.2-5%,有机溶剂为0.2-2%,其余为水。该上浆剂的聚芳醚腈具有特定的结构式,与聚芳醚树脂基体结构相似,可保证两者间具有优异的界面相容性。此外,该上浆剂还具有耐高温和耐溶剂性,可有效提高碳纤维与聚芳醚树脂的界面结合强度。
背景技术
近年来,连续碳纤维增强热塑性复合材料具有高比强度、低密度、高热稳定性等优点已成为先进复合材料的代表。在众多热塑性树脂中,由于聚芳醚类树脂具有优异的热稳定性、耐溶剂性和机械性能,广泛应用在各个领域中。但是由于碳纤维表面呈惰性,高熔体粘度的聚芳醚类树脂很难与碳纤维充分浸润形成强相互作用,导致碳纤维/聚芳醚类复合材料界面性能较差,限制了碳纤维/聚芳醚类复合材料的应用范围。
界面是复合材料中增强体碳纤维与树脂之间应力传递发挥“桥梁,纽带”作用的介质,好的界面可以向增强基(纤维)传递基体树脂承受的外载荷,通过高效的应力传递至中间的纤维增强基,提高整体复合材料的承载力。树脂基体与增强基之间好的界面有抑制裂纹扩散,减缓应力集中的功效。树脂基体与增强基之间好的界面可以吸收和分散各种机械冲击和热冲击的能力,提升复合材料的抗冲击性能。在复合材料的树脂基体和增强基之间存在一个良好的界面层对复合材料的宏观性能有着至关重要的影响。
上浆处理是工业生产中必不可少的一项工艺,可以有效地改善复合材料的界面性能。涂覆在碳纤维表面的上浆剂类似于一层保护膜,可以有效阻挡空气中灰尘等杂质的污染以及提高碳纤维的可操作性。
商用上浆剂大多数为环氧型上浆剂,与聚芳醚树脂相容性较差,并且在聚芳醚树脂加工温度范围内容易发生热分解,不可避免地使碳纤维/聚芳醚复合材料的界面出现缺陷,从而降低了复合材料的机械性能。目前,一些科研工作者为了解决此问题已经研制出适用于聚芳醚树脂的上浆剂。虽然能够提高碳纤维/聚芳醚树脂复合材料的界面结合性能,但制备出的上浆剂大多属于溶剂型,成本较高,污染环境,不符合绿色化学发展的理念。因此,制备一种适用于聚芳醚类树脂的水性上浆剂尤为重要。目前研究人员通过对聚芳醚类树脂进行化学改性从而制备上浆剂,由于规整的分子链结构遭受破坏,会导致上浆剂的热稳定性和耐溶剂性下降,从而造成碳纤维/聚芳醚类复合材料内部形成缺陷和孔洞。
超支化聚合物是指高度支化的大分子聚合物,因其支化程度远远超过线性聚合物,使其具有许多独特的理化性质,如球状结构、良好的溶解性、较低的熔体粘度以及丰富的端基等。其中,球状结构有助于减少聚合物分子链之间的纠缠,促进分子链间的滑移,从而提高聚合物的熔融流动性能;此外,丰富的端基可为超支化聚合物的功能化和高性能化提供位点,进而优化聚合物的整体材料性能。
专利号CN114657787A,公开了一种耐高温可溶性聚芳醚酮上浆剂。应用于制备聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺或为聚苯硫醚砜、聚醚砜等高温工程树脂为基体的复合材料及3D打印料的增强碳纤维表面上浆用耐高温上浆剂:包括耐高温上浆剂的制备方法、耐高温上浆剂对碳纤维上浆的工艺,以及聚芳醚酮包覆碳纤维复合材料的制备工艺。该耐高温上浆剂由可溶性聚芳醚酮、界面剂和溶剂组成;可以明显改善碳纤维,玻璃纤维与树脂基体之间的界面融合,提高复合材料及3D打印料的力学性能。但上浆剂为溶剂型,不利于环境保护,且由于溶解性的提高会导致耐溶剂性的下降。
实现思路