碳纖維增強(qiáng)聚醚砜復(fù)合材料用水性上漿劑的關(guān)聯(lián)性研究.pdf

1、碳纖維具有高強(qiáng)高模等優(yōu)異性能，通常作為增強(qiáng)體與基體樹(shù)脂加工成復(fù)合材料，在航空航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。碳纖維上漿劑對(duì)復(fù)合材料的界面性能有較大的影響，上漿劑上漿碳纖維不僅能避免碳纖維表面受到污染，保護(hù)表面基團(tuán)的活性，提高纖維集束性，還能浸潤(rùn)碳纖維，減小碳纖維與基體樹(shù)脂間的表面張力，增強(qiáng)碳纖維與基體樹(shù)脂間的界面粘結(jié)程度，提高層間剪切強(qiáng)度。溶液上漿劑較水性上漿劑制備工藝簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣，但水性上漿劑避免了低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑揮發(fā)造成環(huán)境污染，樹(shù)脂容易殘留在

2、導(dǎo)輥上，碳纖維毛絲增多的缺點(diǎn)。熱固性樹(shù)脂和高性能熱塑性樹(shù)脂差別較大，上漿劑目前以熱固性環(huán)氧樹(shù)脂為主，不適用于基體樹(shù)脂聚醚砜體系，所以開(kāi)發(fā)合適的水性上漿劑能夠提高碳纖維聚醚砜復(fù)合材料的界面性能非常重要。
　　本課題采用的的是未上漿碳纖維JT-3K，首先用1mol/L的NH4HCO3作為電解質(zhì)對(duì)碳纖維進(jìn)行表面電化學(xué)處理，通過(guò)碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料層剪強(qiáng)度的大小及不同電流下碳纖維的Raman測(cè)試結(jié)果確定電化學(xué)處理較優(yōu)工藝參數(shù)。在電化學(xué)

3、處理時(shí)間為120s，處理電流為700mA時(shí)，表面處理工藝可以達(dá)到要求，碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度達(dá)到82.3MPa，比未處理時(shí)提高18.2％，與商品絲T300/環(huán)氧樹(shù)脂(EP)復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度平均值相差4.3MPa Raman測(cè)試結(jié)果表明700mA時(shí)碳纖維官能團(tuán)含量最多。
　　然后碳纖維在電化學(xué)較優(yōu)條件處理下，采用主體樹(shù)脂與基體樹(shù)脂聚醚砜相同的PES乳液和溶液上漿劑作碳纖維涂層，PES乳液比PES溶液上漿碳纖維效果

4、好。上漿劑PES乳液濃度為1％時(shí)，復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值76.3MPa，比PES溶液作為上漿劑時(shí)，層間剪切強(qiáng)度提高了14.4％，比未上漿碳纖維層剪強(qiáng)度提高了35.1％，濃度為1％PES乳液和溶液上漿碳纖維的平衡吸水率比較，乳液上漿碳纖維吸水率是溶液上漿碳纖維的2.4倍，是未上漿碳纖維的3.5倍，DMTA測(cè)試發(fā)現(xiàn)，1％PES乳液上漿CF/PES復(fù)合材料的tg高出1％PES溶液上漿CF/PES復(fù)合材料25℃左右，說(shuō)明PES乳液上漿效

5、果優(yōu)于PES溶液。
　　水性聚酰亞胺作為碳纖維上漿涂層，水性聚酰亞胺主要成分為聚酰胺酸，利用羧基與碳纖維表面官能團(tuán)反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)鍵，提高CF/聚醚砜復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度。不同濃度水性聚酰亞胺上漿碳纖維復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度趨勢(shì)呈拋物線，上漿劑濃度0.5％時(shí)，達(dá)到最大70.6MPa，比未上漿碳纖維復(fù)合材料提高18.5％，吸濕率是未上漿碳纖維的2.6倍，碳纖維的毛絲量較未上漿碳纖維毛絲量下降了55.4％，耐摩擦性能增強(qiáng)，動(dòng)態(tài)機(jī)械熱力學(xué)測(cè)

6、試中，0.5％的水性聚酰亞胺上漿CF/聚醚砜復(fù)合材料的耐熱性提高較大，蟾比未上漿碳纖維高出90℃左右，說(shuō)明水性聚酰亞胺上漿碳纖維不僅能夠提高復(fù)合材料界面效果，還能提高復(fù)合材料的耐熱性能。
　　水性封閉異氰酸酯作為上漿劑對(duì)碳纖維進(jìn)行上漿涂層，水性封閉異氰酸酯在溫度＞105℃時(shí)，異氰酸酯基被釋放，與處理過(guò)的碳纖維表面官能團(tuán)作用，使碳纖維與基體樹(shù)脂聚醚砜界面粘結(jié)性增強(qiáng)，上漿劑濃度為1％時(shí)，層間剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值，為71.6MPa，較未上