一种水溶性上浆剂及其制备方法和应用与流程

本申请涉及碳纤维，具体而言，涉及一种水溶性上浆剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、碳纤维是一种具有高比强度、高比模量、耐高温、低密度等特点的一维碳材料，是一种典型的增强体。而聚醚醚酮是一种芳香族半结晶性的高性能热塑性聚合物，具有耐辐照、耐水解、耐腐蚀、耐高温耐磨损和抗疲劳等特性，是目前材料领域应用比较广泛的高性能工程塑料之一。由于将聚醚醚酮单独使用难以满足高科技材料领域的要求，因此，为了进一步提高聚醚醚酮的综合性能，可以采用碳纤维对其进行性能增强。聚醚醚酮基碳纤维增强复合材料是航天、航空、汽车等领域的理想材料。而聚醚醚酮本身呈惰性，碳纤维表面活性同样较低，且聚醚醚酮粘度大，这些因素影响了二者的界面作用，影响复合材料性能，因此改善二者界面结合能力是复材设计制备过程中的重点。

2、上浆处理可以提高碳纤维的表面性能以及碳纤维与基体树脂间的界面相容性，进而提高碳纤维树脂基复合材料的界面性能。针对不同的复合材料体系,需要选择与基体树脂相匹配的上浆剂对碳纤维进行上浆处理，才能充分发挥碳纤维的增强作用。但是普通聚醚醚酮在室温下不溶于除浓硫酸外任何单组分溶剂的优势特性反而成为限制其在上浆剂领域应用的最大阻碍。使用浓硫酸溶解聚醚醚酮后对碳纤维进行上浆对设备要求高，安全性低。

技术实现思路

1、本申请提供了一种水溶性上浆剂及其制备方法和应用，其能够溶解于水中形成稳定的水溶液，从而作为碳纤维上浆剂使用，提高与碳纤维形成的复合材料的力学性能。

2、本申请的实施例是这样实现的：

3、在第一方面，本申请示例提供了一种水溶性上浆剂的制备方法，其包括：将含cardo基因的聚醚醚酮和氯磺酸在30℃～40℃的温度下反应60min～80min。

4、含cardo基因的聚醚醚酮的化学式如下：

5、

6、在上述技术方案中，本申请采用含cardo基因的聚醚醚酮作为原料，含cardo基因的聚醚醚酮可在有机溶剂中良好的溶解，采用氯磺酸使得含cardo基因的聚醚醚酮磺化，制得的产品可很好的溶解在水中，其不需要再进行乳化等操作即可作为碳纤维的上浆剂使用。同时，磺化的含cardo基因的聚醚醚酮和聚醚醚酮基体树脂具有较好的相容性，能够提高聚醚醚酮基体树脂和碳纤维的结合性，增强了界面作用，进而能够提高聚醚醚酮基体树脂和碳纤维形成的复合材料的力学性能，有良好的应用前景。

7、在一些实施方式中，含cardo基因的聚醚醚酮和氯磺酸的质量比为5～10:90～95。

8、在上述示例中，通过使含cardo基因的聚醚醚酮和氯磺酸的质量比在上述范围中，能够制得水溶性较好的磺化的含cardo基因的聚醚醚酮。

9、在一些实施方式中，在含cardo基因的聚醚醚酮和氯磺酸的反应过程中保持搅拌，搅拌速率为500r/min～1000r/min。

10、在一些实施方式中，反应完成后，将制得的混合物冷却至0℃以下，析出固体物，收集固体物，并采用碱性溶液洗涤固体物。

11、在上述示例中，磺化的含cardo基因的聚醚醚酮能够在0℃以下析出，碱性溶液能够中和固体物中多余的氯磺酸，提高产物的纯度。

12、在一些实施方式中，碱性溶液包括氢氧化钠和/或氢氧化钾。

13、在一些实施方式中，在采用碱性溶液洗涤固体物的过程中，采用ph计跟踪洗涤液的ph值，至ph值不变后完成洗涤。

14、在上述示例中，采用ph计跟踪洗涤液的ph值能够准确判断固体物中多余的氯磺酸是否被中和掉，有利于提高产物的纯度并且降低生产成本。

15、在一些实施方式中，完成洗涤后，将洗涤后的固体物使用透析膜过滤，然后冷冻干燥后制得磺化的含cardo基因的聚醚醚酮。

16、在一些实施方式中，透析膜的截留量为3kda。

17、在上述示例中，透析膜可留下所需产物，滤去未反应原料。

18、在第二方面，本申请示例提供了一种水溶性上浆剂，其根据权利要求上述实施例中的水溶性上浆剂的制备方法制得。

19、在上述技术方案中，本申请的水溶性上浆剂可很好的溶解在水中，其不需要再进行乳化等操作即可作为碳纤维的上浆剂使用。同时，水溶性上浆剂能够和碳纤维较好的结合，增强了界面作用，进而能够提高和碳纤维形成的复合材料的力学性能，有良好的应用前景。

20、在第三方面，本申请示例提供了一种上述实施例中的水溶性上浆剂在制备碳纤维复合材料中的应用。

1.一种水溶性上浆剂的制备方法，其特征在于，所述水溶性上浆剂的制备方法包括：将含cardo基因的聚醚醚酮和氯磺酸在30℃～40℃的温度下反应60min～80min；

2.根据权利要求1所述的水溶性上浆剂的制备方法，其特征在于，所述含cardo基因的聚醚醚酮和所述氯磺酸的质量比为5～10:90～95。

3.根据权利要求1所述的水溶性上浆剂的制备方法，其特征在于，在所述含cardo基因的聚醚醚酮和所述氯磺酸的反应过程中保持搅拌，搅拌速率为500r/min～1000r/min。

4.根据权利要求1所述的水溶性上浆剂的制备方法，其特征在于，所述反应完成后，将制得的混合物冷却至0℃以下，析出固体物，收集所述固体物，并采用碱性溶液洗涤所述固体物。

5.根据权利要求4所述的水溶性上浆剂的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液包括氢氧化钠和/或氢氧化钾。

6.根据权利要求4所述的水溶性上浆剂的制备方法，其特征在于，在采用所述碱性溶液洗涤所述固体物的过程中，采用ph计跟踪洗涤液的ph值，至ph值不变后完成洗涤。

7.根据权利要求4所述的水溶性上浆剂的制备方法，其特征在于，完成所述洗涤后，将洗涤后的所述固体物使用透析膜过滤，然后冷冻干燥后制得磺化的含cardo基因的聚醚醚酮。

8.根据权利要求7所述的水溶性上浆剂的制备方法，其特征在于，所述透析膜的截留量为3kda。

9.一种水溶性上浆剂，其特征在于，所述水溶性上浆剂根据权利要求1～8任一项所述的水溶性上浆剂的制备方法制得。

10.一种如权利要求9所述的水溶性上浆剂在制备碳纤维复合材料中的应用。