一种氧化石墨烯改性水性聚氨酯上浆剂的制备方

本发明涉及碳纤维新型上浆剂的制备，尤其涉及一种氧化石墨烯改性水性聚氨酯上浆剂的制备方法及其在碳纤维复合材料制备中的应用。背景技术：1、石墨烯因其突出的导电性能、导热性能、力学强度、气体阻隔性能, 在微电子、传感器、太阳能电池等领域具有潜在的应用价值。近年来, 高分子材料/石墨烯纳米复合材料因其具有优异的力学、导电、导热、阻隔、阻燃等性能已成为研究的热点课题。制备高性能高分子/石墨烯纳米复合材料的关键问题是解决石墨烯在高分子基体中分散问题, 而实现石墨烯在高分子内的均匀分散是非常困难的。目前, 制备石墨烯均匀分散的高分子/石墨烯复合材料的方法主要是采用氧化石墨烯(go)、改性石墨烯(mgo)或者还原石墨烯(rgo)与高分子进行复合，通常是采用偶联剂作为桥接组分，先和石墨烯上的官能团结合，再和高分子上的官能团结合，从而将石墨烯均匀分散。但是该方法操作过于繁琐，且偶联剂的结合不够紧密，在使用时会出现游离的石墨烯再次团聚，影响使用效果。技术实现思路1、针对现有改性石墨烯结合不紧密导致石墨烯再次团聚的问题，本发明提供一种氧化石墨烯改性水性聚氨酯上浆剂的制备方法，采用化学接枝法将氧化石墨烯和异氰酸酯直接结合制备出性能更加稳定的碳纤维专用上浆剂。本发明制备该上浆剂的操作步骤如下：2、一、将氧化石墨烯粉末置入有机溶剂中，超声分散得氧化石墨烯分散液，将二异氰酸酯加入到相同的有机溶剂中，加热到40℃~120℃，搅拌均匀后加入氧化石墨烯分散液，加入催化剂，升温到50℃~150℃进行反应，制得石墨烯表面接枝二异氰酸酯的分散液，在分液漏斗中用丙酮将分散液重复洗涤，反应物在真空烘干箱中干燥，得表面接枝二异氰酸酯的氧化石墨烯粉末；3、二、将聚碳酸酯二醇在70℃~140℃下保温，将n,n-二甲基丙酰胺和1,4-丁二醇溶解在有机溶剂中，置于真空箱中抽真空后70℃~150℃下保温，将所得表面接枝二异氰酸酯的氧化石墨烯粉末超声分散在丙酮中，加入保温中的聚碳酸酯二醇，搅拌下反应，再加入步骤一所用二异氰酸酯，升温至70℃~130℃保温反应，将温度降至60℃~100℃，加入n,n-二甲基丙酰胺和1,4-丁二醇的有机溶剂溶液和催化剂，反应至异氰酸根值达到理论值后降至常温，加入三乙胺进行中和，加入去离子水快速搅拌乳化，即得所述上浆剂。4、在本发明上述方法中，通过控制原材料的配比以及制备过程中的损耗，最终制备出的氧化石墨烯改性水性聚氨酯上浆剂中氧化石墨烯的含量为0.01wt%~2.5wt%。5、进一步，所述有机溶剂为dmf、dmso、dmac、吡啶、四氢呋喃中的一种或几种；所述二异氰酸酯为tdi、ipdi、mdi、hmdi、hdi中的一种或几种；所述催化剂为有机锡催化剂、有机酸催化剂、金属络合物催化剂中的一种或几种，其中，有机锡催化剂选自二甲基亚锡酸盐或二月桂酸二丁基锡，有机酸催化剂选自二乙酸、单乙酸或醋酸。6、本发明采用氧化石墨烯和异氰酸酯原位聚合的方式在氧化石墨烯上接枝异氰酸酯，化学接枝的方法更稳定，接枝后氧化石墨烯作为水性聚氨酯合成原料参与水性聚氨酯的合成反应，进而形成的水性聚氨酯乳液中氧化石墨烯分散更加均匀、稳定，合成的石墨烯改性水性聚氨酯上浆剂可以增加碳纤维的表面粗糙度，从而增加碳纤维复合材料界面间的结合力。7、具体地，本发明氧化石墨烯改性水性聚氨酯上浆剂可用于制备碳纤维/pa6复合材料，操作为：将权利要求1~5任一项所得氧化石墨烯改性水性聚氨酯上浆剂置入上浆槽中，将碳纤维经过上浆槽上浆后微波干燥得上浆碳纤维，将上浆碳纤维均匀分散在pa6树脂中，加热模压成型即得。8、在上述碳纤维/pa6复合材料的制备中，碳纤维的上浆率为0.01wt~5wt%。技术特征：1.一种氧化石墨烯改性水性聚氨酯上浆剂的制备方法，其特征在于，括以下步骤：2.根据权利要求1所述氧化石墨烯改性水性聚氨酯上浆剂的制备方法，其特征在于，所述表面接枝二异氰酸酯的氧化石墨烯粉末中氧化石墨烯的含量为0.01wt%~2.5wt%。3.根据权利要求2所述氧化石墨烯改性水性聚氨酯上浆剂的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为dmf、dmso、dmac、吡啶、四氢呋喃中的一种或几种。4.根据权利要求2所述氧化石墨烯改性水性聚氨酯上浆剂的制备方法，其特征在于，所述二异氰酸酯为tdi、ipdi、mdi、hmdi、hdi中的一种或几种。5.根据权利要求2所述氧化石墨烯改性水性聚氨酯上浆剂的制备方法，其特征在于，所述催化剂为有机锡催化剂、有机酸催化剂、金属络合物催化剂中的一种或几种。6.一种碳纤维/pa6复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下操作：将权利要求1~5任一项所得氧化石墨烯改性水性聚氨酯上浆剂置入上浆槽中，将碳纤维经过上浆槽上浆后微波干燥得上浆碳纤维，将上浆碳纤维均匀分散在pa6树脂中，加热模压成型即得。7.根据权利要求6所述碳纤维/pa6复合材料的制备方法，其特征在于，上浆率为0.01wt~5wt%。技术总结本发明涉及碳纤维等纤维增强体新型上浆剂的制备及应用，尤其涉及一种氧化石墨烯改性水性聚氨酯上浆剂的制备方法，包括异氰酸酯原位化学接枝到氧化石墨烯和水性聚氨酯上浆剂的合成两个步骤，所得氧化石墨烯改性水性聚氨酯上浆剂可以用于碳纤维等纤维增强体成型前的上浆。本发明采用氧化石墨烯和异氰酸酯原位聚合的方式在氧化石墨烯上接枝异氰酸酯，化学接枝的方法更稳定，接枝后氧化石墨烯作为水性聚氨酯合成原料参与水性聚氨酯的合成反应，进而形成的水性聚氨酯乳液中氧化石墨烯分散更加均匀、稳定，合成的石墨烯改性水性聚氨酯上浆剂可以增加碳纤维的表面粗糙度，从而增加碳纤维复合材料界面间的结合力。技术研发人员：乔琨,刘梦想,狄成瑞,张烨,虞军伟受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/8/15