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(qiáng)復(fù)合材料因其強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、抗腐蝕能力強(qiáng)、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(qiáng)熱塑性復(fù)合材料因其加工成型工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短和可回收再利用等特點(diǎn)，近來(lái)在復(fù)合材料領(lǐng)域備受關(guān)注。但傳統(tǒng)的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料基體以熱固性樹(shù)脂為主，因此，處理碳纖維的上漿劑也是以針對(duì)熱固性樹(shù)脂的；關(guān)于熱塑性樹(shù)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(lái)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(jì)以水性聚氨酯為主要成分，通過(guò)加入無(wú)機(jī)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(qiáng)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(qiáng)度有明顯的提高，為碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的發(fā)展提供參考。
　　首先，在對(duì)碳纖維和熱塑性基體的特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種以水性聚氨酯為主要成分的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化涂劑（上漿劑

3、）；為了獲得大小均一、粒徑較小的無(wú)機(jī)雜化粒子，實(shí)驗(yàn)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(duì)水性上漿劑的形態(tài)、穩(wěn)定性、上漿劑中無(wú)機(jī)粒子的粒徑大小及分布和黏度等進(jìn)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(duì)碳纖維表面進(jìn)行改性，采用傅里葉紅外光譜（FTIR）、熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微

4、鏡（AFM）等儀器對(duì)經(jīng)過(guò)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(jìn)行了測(cè)試分析。結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)水性上漿劑處理后的碳纖維表面含氧基團(tuán)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(qiáng)材料，以通用的熱塑性樹(shù)脂尼龍6為基體，制備成復(fù)合材料，研究上漿劑處理對(duì)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(jì)合成的