應(yīng)用于熱塑性基體的碳纖維水性上漿劑的制備及性能研究.pdf

1、碳纖維增強復(fù)合材料因其強度高、質(zhì)量輕、抗腐蝕能力強、電磁性能優(yōu)良、耐疲勞性好等優(yōu)異性能而被廣泛應(yīng)用。其中，碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料因其加工成型工藝簡單、生產(chǎn)周期短和可回收再利用等特點，近來在復(fù)合材料領(lǐng)域備受關(guān)注。但傳統(tǒng)的碳纖維增強復(fù)合材料基體以熱固性樹脂為主，因此，處理碳纖維的上漿劑也是以針對熱固性樹脂的；關(guān)于熱塑性樹脂的碳纖維上漿劑的研究較少。因此制備能應(yīng)用于熱塑性基體的上漿劑越來越受到人們的重視。特別是水為溶劑的水性上漿劑，因溶劑是

2、水，有利于減少環(huán)境負(fù)荷。
　　為此，本文設(shè)計以水性聚氨酯為主要成分，通過加入無機SiO2和Al2O3雜化粒子，制備出一種適合熱塑性基體的碳纖維水性上漿劑，以改善碳纖維的表面形貌，增強碳纖維的表面活性，利用上漿劑處理后的碳纖維制備熱塑性復(fù)合材料，界面結(jié)合強度有明顯的提高，為碳纖維增強熱塑性復(fù)合材料的發(fā)展提供參考。
　　首先，在對碳纖維和熱塑性基體的特性進行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種以水性聚氨酯為主要成分的有機無機雜化涂劑（上漿劑

3、）；為了獲得大小均一、粒徑較小的無機雜化粒子，實驗中以固體酸為催化劑，制備了硅溶膠、鋁溶膠和硅鋁雜化溶膠，并將制備的溶膠加入到水性聚氨酯中，合成出水性上漿劑。并對水性上漿劑的形態(tài)、穩(wěn)定性、上漿劑中無機粒子的粒徑大小及分布和黏度等進行研究，結(jié)果表明：合適組分的水性上漿劑乳液具有良好的穩(wěn)定性。
　　其次，選用上述制備的性能較好的水性上漿劑對碳纖維表面進行改性，采用傅里葉紅外光譜（FTIR）、熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微

4、鏡（AFM）等儀器對經(jīng)過上漿后的碳纖維的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理形貌以及力學(xué)性能進行了測試分析。結(jié)果表明：經(jīng)過水性上漿劑處理后的碳纖維表面含氧基團明顯增加，碳纖維表面覆蓋有一層附有顆粒的膜，碳纖維單絲的力學(xué)性能也得到了明顯提高。
　　最后，以水性上漿劑處理后的碳纖維為增強材料，以通用的熱塑性樹脂尼龍6為基體，制備成復(fù)合材料，研究上漿劑處理對復(fù)合材料的拉伸性能、彎曲性能、熱力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能和界面性能的影響，結(jié)果表明，利用本文設(shè)計合成的