国内外碳纤维上浆剂研究现状

第期年月纤维复合材料旧塑国内外碳纤维上浆剂研究现状余奇平滕翠青余木火中国纺织大学摘要本文分析了碳纤维上浆剂的研究现状概述了上浆剂的种类性质及上浆量对复合材料层间剪切强度的影响同时也总结了上浆处理中碳纤维表面性质及树脂基体性能对复合材料层间剪切强度的影响关键词碳纤维上浆剂树脂基体层间剪切强度韧性雌比沐一前口碳纤维上浆剂不仅能使碳纤维在卷绕织造等操作工艺中起到保护作用而且通过合适的选择有望达到提高复合材料层间剪切强度的目的在早期的工业生产及许多实验室中研究复合材料界面问题时一般采用的上浆剂是基体树脂或与之结构相近的树脂溶液用这种方法虽然可以起到提高纤维的树脂浸润性及保护纤维的作用但由于溶剂挥发使树脂残留在导辊上纤维通过时造成更大的损伤同时又使车间环境受到溶剂的污染因此溶剂型上浆剂目前在国外已不用多采用乳液型上浆剂乳液型上浆剂是以一种树脂为主体配以一定时的乳化剂少量或没有交联剂以及为提高界面粘合性的助剂制成的乳液一它一般不易在导辊上残留下树脂又无溶剂污染环境而且由于乳液中含有表面活性剂可以大大提高纤维表面的被润湿性同时又可以通过助剂达到提高的目的因此国外的碳纤维生产线一般都采用乳液型上浆剂我国现有生产线中既有使用溶剂型的也有使用乳液型的中国纺织大学在七五攻关期间研制成功了我国第一个环氧树脂乳液型上浆剂已达到国外同类产品水平碳纤维生产工艺中的预氧化碳化及表面处理等工艺过程各厂均大同小异上浆剂成了各个公司的技术特色因此技术配方极为保密各厂根据不同要求都有系列上浆剂如的系列上浆剂分司等上浆剂公司的© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

余奇平等国内外碳纤维上浆剂研究现状从理论上讲上浆剂完成其保护功能后可以留在复合材料界面也可以在复合之前除表溶剂萃取对碳纤维纤维上浆情况的影响其体一环氧浆一去工业上虽有可以在复合前除去的上浆剂但自从了上浆等人在年报导〕的碳纤维经溶剂萃取后用一无浆分析证实仍抗静电浆浆有一层上浆剂存留在碳纤维表面的研究结果后上浆剂是否完全可以除干净引起了学术界和工业界的关注萃取前前室温萃取后℃萃取后最近报导等人’〕所示单位了较为彻底的研究结果如表由表可见无论如何萃取都不能使值恢复到无上浆纤维的情况〕因此目前多数生产厂家均采用上浆后不去除的方案这就必须深入研究上浆剂对复合材料界面粘合性的影响因此近年来这方面的文献报导较以前多〔卜’,,但多数集中在环氧基复合材料体系对酚醛基体系都极少见到报导这可能是因为这一体系主要应用于军事工业中二上浆剂对不同上浆剂对国’上浆剂对复合材料界面的影响的影响的影响很大例如德大学复合材料所表纤维纤维不同上浆剂的影响报导了两种不同上浆剂的等〔〕纤维见表又如法国‘上浆剂剂环氧剂士士士抗静电剂剂士技术大学的巧等人〔〕报导了上浆剂的情况见表纤维采用不同一士士目前国际上使用的上浆剂主体聚合物主’要有环氧树脂醋酸乙烯树脂丙烯酸树脂聚氨脂酚醛树脂等表上桨剂对纤维界面粘合性的影响】义上浆剂中树脂分子量的影响英国人’〕报导了大学的等纤维树脂脂系列上浆剂在环氧复合材料中的不同特性见表其结果他们认上浆剂曰为这主要是由于上浆剂中主体聚合物环氧树脂的分子量较大者在复合材料成型过程中上浆剂分子链难向基体环氧中扩散不能形成一层界面从而影响其值相反分子量较小者则可以向基体扩散而形成良好的界面因些有些上浆剂是采用复合型的树脂将不同品种不同分子量的树脂复合使用’〕© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

纤维复合材料年表上浆剂上浆剂分子对乏吕的影响士士士基体基体上浆剂乳液中乳化剂的影响乳化剂有利于提高纤维的表面润湿性这方面有许多报导如等人’〕研究了上浆剂中的表面活性剂对成型过程中树脂湿润纤维速度的影响等人〕直接研究了表面活性剂对碳纤维复合材料中表浸液值的影响见表表面活性剂对碳纤维复含材料未处理乙的影响酮醉丙一八一大学”进一步研究了纤维表面能对复合材料的孔隙含量及等人〔〕值的影响表明表面活性剂有利于提高上浆值〕的影响大学的段等人研究了上浆剂层的厚度对的影响见图及图所示表明浆层的厚度对可以有较显著的影响也可以影响很小这主要取决于纤维树脂及上浆剂的种类︶旧级尽烦硬厄召侧翻旧互易硬顺尼汉侧称州七浆层厚度脚浆层厚度帅伪等人研究了纤维上浆量对的影响见表由此可见一般来说太厚的浆层对值不利© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

余奇平等国内外碳纤维上浆剂研究现状表纤维不处理理上浆对一纤维一乏名值的影响一一表面情况上浆量不处理不处理处理理处理理处理纤维表面情况的影响上浆前纤维的表面情况对上浆后纤维与树脂界面粘合的质量影响很大如上表中一一与一毛比较可以看出表面处理后再上浆可以提高而未表面处理的纤维上浆对提高不明显另外说明处理纤维上浆可提高值的报导还有一纤维不同表面一等人’〕的研究结果见表表纤表巧维面一不处理理士士毛处理士士土处理上浆士士士士一等人报导了纤维的相似情况见表基体树脂的影响从表可见同样的纤维同样的上浆剂只是环氧树脂基体不同其上浆剂的作用完全不同。报导了树脂基体材料的剪切模量与复合材料等人脚〕间的关系如图所示复合随着基体剪切模量的增加而递增这主要是因为在复合材料中基体有传递应力的材料的。作用其剪切模量直接影响复合材料的值在研究中等人还发现虽然基体剪切模量改变而纤维与基体的界面化学性质却不变表纤维纤维不同表面…声己幽︵︶噢尽颊件宜侧刃划称’双官能团树脂官能团树脂月四官能团树脂▲四官能团树脂。双‘︶﹄自田何瞬侧哪只表面情况基体丫不处理处理处理上浆奋盆基体一基体基体犯一一一一卜一碑’州田基体的剪切模© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

纤维复合材料年三结束语碳纤维复合材料的力学性能直接受纤维与树脂基体间界面的影响选择合适的上浆剂上浆量同时对碳纤维表面进行表面处理有利于提高材料层间剪切强度有利于复合材料层间剪切强度的提高基体的剪切性能的提高也参考文献侧”粥且之乙肠玫褚侧祀欣一一一一一比一一反价户粥段飞肠切段匕伪衣侧”〕让认诀凡段‘脚班上接页参考文献一一电工术语绝缘子中国标准出版社的交流架空线路用复合绝缘子技术条件》标称电压高于国际标准一高压线路用有机复合绝缘子《电瓷避雷器高压绝缘子的设计与试验丘志贤纤维增强塑料标准江编中国标准出版社© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net