碳纤维用上浆剂研究进展.pdf

第42卷，第 2期 安 徽 化 工 Vo1．42．No．2 ．． 2016年 4月 ANHUICHEMICAL INDUSTRY Apr．2016 11 碳纤维用上浆剂研究进展 刘化虎 ，吴相升 ，宋会青 (1．安徽首文碳纤维有限公司，安徽 蚌埠 233010；2．装 甲兵学院研究生队，安徽 蚌埠233050) 摘要：论述了碳纤维生产过程中的碳纤维上浆剂及碳纤维上浆后的性能表征的近期研究进展。 关键词：碳纤维；上浆剂；环氧树脂 doi：10．39696．issn．1008-553X．2016．02．003 中图分类号：TQ327．3 文献标识码：A 文章编号：1008—553X(2016)02—0011-03 碳纤维是一种碳含量超过90％的纤维状炭材料， K一17、K一30和 K一90[]。 其具有强度高 、模量高、密度低、耐高温等一系列优异性 1．2 溶剂型上浆剂 能，是当今世界重要的高性能纤维品种。碳纤维主要以 溶剂型上浆剂是较早在工业生产中运用的，它一般 增强树脂基体复合材料的形式存在，广泛应用于航空航 是将有机树脂如聚氨酯、环氧树脂、聚乙烯醇、不饱和聚 天、汽车工业、土木建筑、医疗器械、体育休闲等领域。 酯、醋酸乙烯酯聚合物、丙烯酸的聚合物、聚苯乙烯等溶 碳纤维属于脆性材料，在碳纤维复合材料生产及加 解在丙酮等有机溶剂中配制而成 。这些树脂与基体树 工过程中，由于机械摩擦容易产生毛丝和单丝断裂现 脂的结构相同或相近，但此类上浆剂的溶剂易挥发，造 象，造成纤维强度降低。同时，由于毛丝的存在，影响到 成残留的树脂粘在导辊上，当后续纤维通过时可能造成 碳纤维的开纤性，使得碳纤维不能被基体树脂充分浸 纤维损伤I6]。另外，使用大量高度易燃的有机溶剂，不仅 润，导致制备的碳纤维复合材料产生孔隙，影响复合材 造成原料浪费，而且污染环境 ，对人体的安全与卫生也 料的力学性能。因此，厂家通常在碳纤维收卷前 ，在其表 都造成很大威胁 ，同时加大了生产设备和制造工艺成 面涂附一层保护胶，这样一方面可保护碳纤维表面的活 本 。 性基团，另一方面可减少单丝断裂及毛丝的出现，增强 1．3 乳液型上浆剂 碳纤维的集束性，改善碳纤维的深加工性能，同时还可 乳液型上浆剂的主体是树脂 ，然后加一定量的乳化 提高碳纤维与基体的浸润性，改善复合材料的界面粘 剂和提高界面粘结性的助剂制成的乳液，其中仅有少量 结。本文论述碳纤维加工的上浆剂及上浆后碳纤维性能 或甚至没有交联剂。乳液型上浆剂 由于含有表面活性 表征方面的近期研究进展。 剂，因而可大大提高纤维表面的润湿性 ，还可以通过助 1 上浆剂的分类 剂提高所制复合材料的层间剪切强度(ILSS)。同时乳液 碳纤维的上浆就是在纤维表面涂敷一层保护膜 ，保 型上浆剂一般不易在导辊上残留树脂 ，且无溶剂污染环 护纤维表面不受摩擦 ，使纤维集束，易于加工。不同的上 境。据报道，国外碳纤维生产线多采用乳液型上浆剂；国 浆剂所使用的溶剂不同，根据使用的溶剂上浆剂分为水 内生产线中既有溶剂型，也有乳液型的。 溶性、溶剂型、乳液型三种类型。 2 上浆剂的组成成分 1．1水溶性上浆剂 上浆剂主要 由控制上浆剂主要性能的主浆料和调 水溶性上浆剂是将水溶性的聚合物溶解在水中形 节上浆剂综合性能的助剂组成，前者为高分子化合物， 成。其主体聚合物需满足三个前提条件Ili：①在上浆过程 后者为表面活性剂 。 中能在碳纤维表面形成一层保护膜 ；②上浆前主体聚合