上浆剂研究进展

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1、碳纤维上浆剂研究进展哈尔滨工业大学1、碳纤维上浆的原因其次，经过表面处理后的碳纤维表面能增加，容易吸附空气中的水分和杂质，纤维表面在空气中暴露的时间越长纤维表面处理的效果越差，上浆可以对纤维表面处理所得到的活性表面进行保护。最后，而上浆剂作为碳纤维与基体树脂之间的过渡粘结层，同时和碳纤维表面、基体树脂相互粘结，其粘结性能非常重要。首先，碳纤维的伸长率低且脆，由于加工运动而产生的反复摩擦、拉伸和冲击，纤维会出现起毛、松散或劈丝等现象。严重影响了产品的质量，同时毛丝到处乱飞，将造成电器设备、仪表等断路事故，严重影响了工作环境。碳纤维上浆

2、前后的AFMSEM图2、碳纤维上浆剂作用⑴集束功能类似于粘合剂，使碳纤维聚集在一起，改善工艺性能，便于加工⑵类似偶联剂在碳纤维与基体树脂之间引入适当的界面层，促使纤维和树脂之间化学结合，持久粘结，提高复合材料的界面性能⑶润滑剂纤维碳纤维在上浆一前要经过表面处理，增强其表面活性，但、是增强后的活性表面容易吸附空气中的灰尘与水分，浆膜可以有效的使活性表面与空气隔绝，保持纤维表面活性⑷隔绝空气上浆剂在碳纤维表面形成浆膜，保护碳纤维，减少纤维与纤维、纤维与机件之间的摩擦，减少毛丝的产生，保持碳纤维的机械性能，提高耐磨性能，保持其强度和可加工

3、性⑸纤维补强碳纤维单丝强度基本分布服Weibull统计分布，上浆可以在一定程度上弥补纤维表面的缺陷，使得碳纤维强度较上浆前有所提高，Weibull分布的分散性减小，起到一定的补强作用⑹润湿剂相当于润湿剂，改善碳纤维的浸润性能，便于树脂浸渍，减少复合材料的制备时间，提高产品质量⑴与碳纤维及其基体树脂的粘结性好。⑵为水系乳化液，乳化后均匀、稳定、不下沉;乳液的粒径小，分布范围窄。⑶水系乳化液的表面张力小，润湿性好，易在碳纤维表面铺展成膜，易于渗透入纤维的内部。⑷上浆后碳纤维的摩擦性能好，在深加工过程中不起毛、不断丝。⑸深加工后的编织物、

4、预成型物及三维织物的形态稳定，特别是接口处稳定。⑹深加工的预浸布的成型稳定性好。3、碳纤维上浆剂的性能要求1959年日本大阪工业试验所的近藤昭男研制出PAN基碳纤维，在其生产过程中并不存在上浆工艺，随着碳纤维生产工艺日渐成熟，其强度、伸长等各项性能的提高，碳纤维被广泛应用于纺织行业和复合材料行业，上浆工艺才逐渐出现在碳纤维的生产流程中，并日渐成熟。4、碳纤维上浆剂研究现状4.1碳纤维上浆剂发展历史碳纤维上浆剂与常规纺织用上浆剂相同，主要有上浆剂主成分和溶剂混合而成。在溶剂方面，最早使用的碳纤维上浆剂多采用油溶性溶剂，最常用的溶剂是丙

5、酮。但是，采用油溶性溶剂有诸多缺点：缺点第一，油溶性溶剂价格较高，加大了碳纤维的生产成本;第二，因为其挥发性较强，使上浆槽的上浆剂浓度一直变化，上浆率波动较大;第三，油溶性溶剂挥发后，会使得浆料残留在导辊上，纤维通过时，对纤维造成更大损伤;第四，油溶性溶剂会污染环境，因其易燃性使得生产中存在火隐患所以近些年来多以水做溶剂将双酚A型环氧树脂制成水性乳状液，当做上浆剂使用。该上浆剂未使用有机溶剂，没有毒性及易燃性的危险。但是，乳化剂的种类及使用量是特定的，因此，不能够充分抑止碳纤维织造时产生的毛丝和断头，起不到提高复合材料的层间剪切强度

6、的作用芳香族缩水甘油醚及芳香族缩水甘油胺最初的双酚A二缩水甘油醚应用于上浆剂，由于使用了与基体树脂同样的化合物，所以碳纤维和基体树脂的粘着性良好。但是碳纤维在织造时，其可挠性较差，在织造过程中容易产生毛丝及断头，没有起到应有的抑制效果用POE非离子表面活性剂作为乳化剂上浆剂成分方面：现在国外各公司使用的上浆剂其主体成分较为复杂，根据各自产品性能，使用的上浆剂也不同，但是仍以环氧树脂为主4.1碳纤维上浆剂国外研究现状国外碳纤维上浆剂研究较为成熟，各国碳纤维生产厂家已经开发出多种适合自己产品的上浆剂。维生产工艺中的预氧化，炭化及表面处理

7、等工艺过程各厂都有自己的核心技术。根据不同要求，各厂都有自己的系列上浆剂，如Toray公司的No.1~No.10上浆剂，Countalars公司的Neoxail971，Neoxail969，Neoxail8294等系列上浆剂。但有关上浆剂的技术配方极为保密，仅有一些相关的专利报道。他们从分子结构的角度进行研究，研制出分子结构与树脂基体相匹配的乳化剂体系。例如HiroyasuOgawa，MikioShima等人采用具有特殊分子结构的物质作为制作炭纤维上浆剂的乳化剂。按照其上浆剂的用途和主体成分可以分为以几类：4.1.1通用型上浆剂碳纤

8、维上浆剂大多属于通用型上浆剂，用来编织或者制作常规复合材料的碳纤维多采用此类型的上浆剂，这类上浆剂生产成本较低，性能较为稳定。主要分为以下几类：1>环氧树脂上浆剂通用型上浆剂主体成分多数为环氧树脂。常用的环氧树脂包括双酚A型环氧树脂，