碳纤维上浆剂及其制备方法和复合材料

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种碳纤维用上浆剂及其制备方法。背景技术：1、碳纤维复合材料(cfrp)作为一种先进的复合材料，具有高强高模、低密度、耐高温、耐腐蚀、良好的导电导热性等诸多优点，目前已在在航空航天、国防军工和汽车能源的各个领域得到广泛应用。2、目前碳纤维主要与树脂基体复合，增强树脂基体的力学性能。热塑性树脂应用广泛，但其复合材料成型加工较难，碳纤维增强原位聚合丙烯酸酯型树脂复合材料具备热固性树脂的成型性，同时兼具热塑性树脂的韧性、二次加工及可回收的优点，但是对于丙烯酸酯树脂基体来说，其与碳纤维之间的浸润性差，界面结合能力较弱，因此限制了其复合材料的应用。技术实现思路1、本发明所要解决的技术问题是提供一种碳纤维用上浆剂及其制备方法和复合材料，该上浆剂中可以很大程度上解决碳纤维与聚丙烯酸酯树脂界面结合能力弱的问题。2、在本发明的一个方面，本发明提出了一种碳纤维用上浆剂。根据本发明的实施例，所述上浆剂包括：聚氨酯树脂预聚体、亲水剂、含双键的改性剂、中和剂和水，其中，制备所述聚氨酯树脂预聚体的原料包括：异氰酸酯、聚酯多元醇和催化剂。3、优选地，上述上浆剂包括：10～20重量份的聚氨酯树脂预聚体、1～2重量份的亲水剂、0.1～1重量份的含双键的改性剂、0.5～1.5重量份的中和剂、60～80重量份的水。4、优选地，所述异氰酸酯、所述聚酯多元醇和所述催化剂的质量比为(5～10)：(5～20)：(0.1～0.5)。5、优选地，所述亲水剂包括但不限于2，2-二羟甲基丙酸、2，3-二羟基丁二酸、乙二胺基乙磺酸钠和n-甲基二乙醇胺中的至少之一。6、优选地，所述含双键的改性剂包括甲基丙烯酸羟乙酯、3-烯丙氧基和2-甲基-2-丙烯酸-2,3-二羟基丙基酯中的至少之一。7、优选地，所述中和剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、盐酸、磷酸、三乙醇胺、氨基乙酸和三乙胺中的至少之一。8、在本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备上述上浆剂的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：(1)将异氰酸酯、聚酯多元醇、催化剂溶于溶剂中进行反应，以便得到聚氨酯树脂预聚体；(2)将所述聚氨酯树脂预聚体、亲水剂、含双键的改性剂、中和剂混合；(3)将水滴加到步骤(2)得到的反应后液中并搅拌，以便得到上浆剂。9、优选地，在步骤(1)中，所述反应在70～90℃和200～400r/min下进行120min～200min。10、优选地，在步骤(2)中，将所述树脂预聚体、所述亲水剂、所述含双键的改性剂和所述中和剂混合后在60～80℃和200～400r/min搅拌60min～150min。11、优选地，在步骤(3)中，所述水的滴加速度为1～10ml/min，滴加时间为1～2h，搅拌速率为800～2000r/min。12、在本发明的第三个方面，本发明提出了一种复合材料。根据本发明的实施例，所述复合材料采用上述的上浆剂与碳纤维和树脂基体复合而成。13、优选地，所述树脂基体包括pmma。14、与现有技术相比，本发明将异氰酸酯、聚酯多元醇和催化剂混合制备聚氨酯树脂预聚体，并且将聚氨酯树脂预聚体与亲水剂、含双键的改性剂、中和剂和水复配制备碳纤维上浆剂，得到的上浆剂中含有氨基甲酸酯结构，可以和碳纤维表面官能团发生反应，且其与聚氨酯树脂很好地相溶，并且上浆剂中的双键可以增加上浆剂与基体树脂之间的反应性，使之与树脂基体形成化学键连接，很大程度上解决了聚氨酯类上浆剂与树脂基体之间无化学键连接导致界面结合力弱的问题。技术特征：1.一种碳纤维用上浆剂，其特征在于，包括：聚氨酯树脂预聚体、亲水剂、含双键的改性剂、中和剂和水，2.根据权利要求1所述的上浆剂，其特征在于，包括：3.根据权利要求1或2所述的上浆剂，其特征在于，所述异氰酸酯、所述聚酯多元醇、和所述催化剂的质量比为(5～10)：(5～20)：(0.1～0.5)。4.根据权利要求1或2所述的上浆剂，其特征在于，所述亲水剂包括2，2-二羟甲基丙酸、2，3-二羟基丁二酸、乙二胺基乙磺酸钠和n-甲基二乙醇胺中的至少之一。5.根据权利要求3所述的上浆剂，其特征在于，所述含双键的改性剂包括甲基丙烯酸羟乙酯、3-烯丙氧基和2-甲基-2-丙烯酸-2,3-二羟基丙基酯中的至少之一。6.根据权利要求1或2所述的上浆剂，其特征在于，所述中和剂包括三乙醇胺、氨基乙酸和三乙胺中的至少之一。7.一种制备权利要求1-6中任一项所述上浆剂的方法，其特征在于，包括：8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述反应在70～90℃和200～400r/min下进行120min～200min；9.一种复合材料，其中，所述复合材料采用权利要求1-6中任一项所述上浆剂或采用权利要求7或8得到的所述上浆剂与碳纤维和树脂基体复合而成。10.根据权利要求9所述的复合材料，其中，所述树脂基体包括pmma。技术总结本发明公开了一种碳纤维用上浆剂及其制备方法和复合材料，其中，所述上浆剂包括聚氨酯树脂预聚体、亲水剂、含双键的改性剂、中和剂和水，其中，制备所述聚氨酯预聚体的原料包括：异氰酸酯、聚酯多元醇和催化剂。该上浆剂可以很大程度上解决了碳纤维与PMMA树脂界面结合能力弱的问题。技术研发人员：高爱君,王锟,徐樑华,童元建受保护的技术使用者：北京化工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/13