碳纖維增強聚醚砜復合材料用水性上漿劑的關聯(lián)性研究.pdf

1、碳纖維具有高強高模等優(yōu)異性能，通常作為增強體與基體樹脂加工成復合材料，在航空航天領域廣泛應用。碳纖維上漿劑對復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，保護表面基團的活性，提高纖維集束性，還能浸潤碳纖維，減小碳纖維與基體樹脂間的表面張力，增強碳纖維與基體樹脂間的界面粘結程度，提高層間剪切強度。溶液上漿劑較水性上漿劑制備工藝簡單，應用范圍廣，但水性上漿劑避免了低沸點有機溶劑揮發(fā)造成環(huán)境污染，樹脂容易殘留在

2、導輥上，碳纖維毛絲增多的缺點。熱固性樹脂和高性能熱塑性樹脂差別較大，上漿劑目前以熱固性環(huán)氧樹脂為主，不適用于基體樹脂聚醚砜體系，所以開發(fā)合適的水性上漿劑能夠提高碳纖維聚醚砜復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作為電解質對碳纖維進行表面電化學處理，通過碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料層剪強度的大小及不同電流下碳纖維的Raman測試結果確定電化學處理較優(yōu)工藝參數(shù)。在電化學

3、處理時間為120s，處理電流為700mA時，表面處理工藝可以達到要求，碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料層間剪切強度達到82.3MPa，比未處理時提高18.2％，與商品絲T300/環(huán)氧樹脂(EP)復合材料層間剪切強度平均值相差4.3MPa Raman測試結果表明700mA時碳纖維官能團含量最多。
　　然后碳纖維在電化學較優(yōu)條件處理下，采用主體樹脂與基體樹脂聚醚砜相同的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，復合材料層間剪切強度達到最大值76.3MPa，比PES溶液作為上漿劑時，層間剪切強度提高了14.4％，比未上漿碳纖維層剪強度提高了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測試發(fā)現(xiàn)，1％PES乳液上漿CF/PES復合材料的tg高出1％PES溶液上漿CF/PES復合材料25℃左右，說明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反應產(chǎn)生化學鍵，提高CF/聚醚砜復合材料的層間剪切強度。不同濃度水性聚酰亞胺上漿碳纖維復合材料層間剪切強度趨勢呈拋物線，上漿劑濃度0.5％時，達到最大70.6MPa，比未上漿碳纖維復合材料提高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，動態(tài)機械熱力學測

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