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1、·4·纺织科技进展2015年第5期?????????????????????????????????????????????????????碳纤维上浆剂的功能和进展赵康,朱谱新,荆蓉,程飞*(四川大学纺织研究所,四川成都610065)摘要:介绍了近年来国内外碳纤维用上浆剂的研究进展,评述了上浆剂对碳纤维性能的影响,分析了不同种类上浆剂的性能特点。关键词:碳纤维;上浆剂;表面性能;界面应力;研究进展中图分类号:TS105.21文献标识码:A文章编号:1673-0356(2015)05-0004-05衡。0引言1上浆剂的作用碳纤维的起源可追溯到19世纪60年代,其理论拉伸强度为180
2、GPa,现代工业所能实现的仅为其理上浆剂的使用改变了碳纤维的表面特性,使复合论值的十分之一。如何提高原丝性能和充分发挥碳纤材料的界面变得更加复杂。所以上浆剂的选用要考虑维在复合材料中的增强效应,是近些年来研究的重点。两个因素,即碳纤维的可加工性和碳纤维复合材料的碳纤维由常规纤维碳化而成,表面光滑,比表面积小,界面强度。极性官能团少且呈化学惰性;另外由于本身的结构特碳纤维加工工艺的要求取决于其应用形式。碳纤性,存在沿纤维轴向择优取向的同质多晶,使其与树脂维一般不单独使用,常要经过二次加工成织物、毡、席、的界面黏结能力较差。碳纤维经过表面处理后活性比带、纸等,作为增强材料加入到树脂、
3、金属、陶瓷、混凝表面积得到大幅度提升,由低能表面转变为高能表面。土等材料中,构成复合材料[4]。碳纤维上浆后,柔韧性碳纤维的表面处理方法很多,大体上可分为湿法改性、的高分子薄膜层将提高碳纤维的耐磨性、开纤性、扩幅[1]干法改性和多尺寸改性等三类。性、抗静电性和集束性,调节弯曲回弹性和直挺度,降为实现碳纤维的正常使用上浆是必须的。上浆工低碳纤维的摩擦因数,减少加工应用过程中毛丝的发艺由聚合物涂层法发展而来,目的是保护碳纤维经表生量,适应后期复合材料成型过程中对编织、铺层、缠面处理后的洁净活性表面,避免吸附空气中的水分和绕等工艺对碳纤维性能的要求。几种常见上浆剂对碳灰尘;上浆后在单丝
4、表面形成薄层保护膜掩盖纤维表纤维毛丝量和耐磨次数的影响见表1。[2]面缺陷,在后加工使用过程中抑制毛丝的产生。表1上浆剂对碳纤维工艺性能的影响早期碳纤维上浆剂多采用溶剂型,不仅污染环境上浆剂类型毛丝减少量/%耐磨次数增加值/倍而且存在极大的安全隐患。自上世纪80年代以来,国聚酰亚胺和环氧树脂共混[5]96.05.6油酸酰胺改性环氧树脂[6]内外研发和应用了大量难燃型水性碳纤维上浆剂,上99.032水性环氧树脂[7]87.50.9浆成本降低,上浆效果得到提升。自此,采用环保的水聚氨酯[8]96.334.8性碳纤维上浆剂逐步发展成为了碳纤维制备工程技术乙烯基酯树脂[9]99.50.6
5、[3]的主流方向。水性碳纤维上浆剂可分为两种,一种在多相体系中,不同相之间的接触面称为界面。是乳液型上浆剂,另一种是水溶性上浆剂。前者的关碳纤维直径细,与基体树脂复合后的两相界面面积非键在于制备出粒径均匀,表面张力适中的稳定乳液;而常大,界面性能对复合材料性能的影响不容忽视。碳后者在于如何实现水溶性和成膜后耐水性之间的平纤维的力学性能和热性能要比基体树脂高得多,所以承受外力的主体是碳纤维,而基体树脂赋予其整体成收稿日期:2015-06-08;修回日期:2015-06-10形性。基金项目:四川大学青年教师科研启动基金(2014SCU11030)作者简介:赵康(1990-),男,河南
6、新乡人,在读硕士研究生,研究方向为复合材料的形成主要靠两种力的作用,一是化学材料结构与性能,E-mail:zkzixian@163.com。键合力,二是物理锚定力。前者为主,后者为辅。两者*通信作者:程飞,E-mail:anphiacheng@163.com。2015年第5期进展与述评·5·?????????????????????????????????????????????????????的协同作用形成碳纤维与基体树脂之间的牢固黏接和纤维断裂能,均影响复合材料界面处的应力传播。[10]层。此外,界面传递应力的效率与碳纤维表面含氧量有直上浆剂是界面层的重要组成部分,一面涂层在
7、碳接关系,即表面含氧量越高,传递效率越高。[16]纤维表面,另一面与基体树脂复合,是增强碳纤维与基PaipetisA等通过实验证明影响界面应力传播体树脂间的桥梁。如果碳纤维通过上浆剂与基体树脂的主要因素是基体的剪切性能,上浆剂可通过改善界复合过程中产生弱连接,有外力作用时界面层不能有面处基体剪切性能,促进界面应力的扩散。渐变的形[17]效传递应力于增强纤维,则会在界面产生层剥离而导态或组成可以有效避免应力集中,R.C.Zhuang等致复合材料破坏。反之,如果界面是强连接,通过界面
