碳纖維用乳液型環(huán)氧樹(shù)脂上漿劑的制備及其性能研究.pdf

1、碳纖維具有高強(qiáng)高模、耐高溫、耐磨損及耐腐蝕等優(yōu)異性能而被廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、工業(yè)設(shè)備、國(guó)防軍工、專業(yè)體育用品以及交通設(shè)備等領(lǐng)域。但是由于碳纖維表面惰性，且在制備及加工過(guò)程中容易產(chǎn)生毛絲甚至斷絲現(xiàn)象，最終影響碳纖維及其制品的性能。因此，在碳纖維收卷前需要利用上漿劑對(duì)其進(jìn)行上漿處理。上漿劑對(duì)碳纖維具有重要的作用，是碳纖維領(lǐng)域研究的一個(gè)重要方向。
　　本論文以雙酚A聚氧乙烯醚(BSA-20)、順丁烯二酸酐(MA)及聚乙二醇1450

2、(PEG1450)為原料合成了聚酯多元醇，利用聚酯多元醇對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂(E-20)進(jìn)行改性制備得到聚酯多元醇改性環(huán)氧樹(shù)脂，以此為上漿劑的重要組分制備了乳液型環(huán)氧樹(shù)脂上漿劑，探討研究了上漿劑乳液的最佳制備工藝，并制定了3個(gè)乳液穩(wěn)定的上漿劑試驗(yàn)方案。其次，測(cè)試研究了3種自制上漿劑的的性能，并將其與日本上漿劑SAJ和國(guó)內(nèi)上漿劑SAC進(jìn)行了比較。最后，采用5種上漿劑乳液對(duì)碳纖維進(jìn)行上漿處理，研究了上漿劑對(duì)碳纖維的表觀性能（表面形貌、上漿率、毛絲量、

3、懸垂度、寬度）和碳纖維復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度(ILSS)的影響。
　　論文研究結(jié)果表明:
　　(1)聚酯多元醇的最佳工藝:原料摩爾配比:BSA-20∶MA∶PEG1450=7∶6∶1;選擇四乙基溴化銨為催化劑，添加量為0.05％wt;第一步和第二步酯化反應(yīng)溫度分別為160℃和180℃，反應(yīng)時(shí)間分別為4h和8h;
　　(2)環(huán)氧樹(shù)脂(E-20)在聚酯多元醇改性環(huán)氧樹(shù)脂的最佳添加量為25％wt。
　　(3)確定了性能穩(wěn)

4、定的3個(gè)試驗(yàn)方案，分別為:
　　E-51環(huán)氧樹(shù)脂上漿劑----聚酯多元醇改性環(huán)氧樹(shù)脂10g，三乙醇胺2g，三苯基膦0.05g，E-51環(huán)氧樹(shù)脂14g，壬基酚聚氧乙烯醚(NP-12)2g，聚丙二醇縮水甘油醚(DER732)1g;
　　E-20環(huán)氧樹(shù)脂上漿劑----聚酯多元醇改性環(huán)氧樹(shù)脂10g，三乙醇胺2g，三苯基膦0.05g，E-20環(huán)氧樹(shù)脂8g，壬基酚聚氧乙烯醚(NP-12)2g，聚丙二醇縮水甘油醚(DER732)2g;

5、r>　　SA-1復(fù)合型環(huán)氧樹(shù)脂上漿劑----聚酯多元醇改性環(huán)氧樹(shù)脂10g，三乙醇胺2g，三苯基膦0.05g，E-51環(huán)氧樹(shù)脂4g，E-20環(huán)氧樹(shù)脂5g，壬基酚聚氧乙烯醚(NP-12)2.4g，聚丙二醇縮水甘油醚(DER732)2.4g;
　　(4)與環(huán)氧樹(shù)脂型的國(guó)內(nèi)上漿劑SAC和日本上漿劑SAJ的性能進(jìn)行了對(duì)比，研究表明3種自制環(huán)氧樹(shù)脂上漿劑乳液在各方面達(dá)到了國(guó)產(chǎn)上漿劑SAC的性能，在一些指標(biāo)上甚至超過(guò)了日本上漿劑SAJ。

6、　　(5)通過(guò)紅外分析發(fā)現(xiàn)3種自制上漿劑乳液和日本上漿劑SAJ在一級(jí)結(jié)構(gòu)（化學(xué)組成）方面更具有相似性;采用凝膠滲透色譜分析發(fā)現(xiàn)SA-1和SAJ這兩種上漿劑相對(duì)分子質(zhì)量接近，這兩種上漿劑可能在二級(jí)結(jié)構(gòu)（相對(duì)分子質(zhì)量）上也具有相似性。說(shuō)明自制上漿劑SA-1和日本上漿劑SAJ在材料組成上可能類似。
　　(6)上漿后在碳纖維表面形貌上除SAC上漿劑在局部有團(tuán)聚和上漿不均勻的現(xiàn)象，其余4種上漿劑均能包覆碳纖維。在碳纖維的加工使用性能方面，S