碳纤维用自乳化环氧树脂上浆剂的制备与性能研究

发布时间：2020-03-30 21:22

【摘要】：碳纤维复合材料日益被工业、民用等领域广泛应用,合成力学性能良好的纤维丝对于复合材料的综合性能有着重要的影响,上浆剂的研制会使纤维体的表面得到更好的修补,对提高碳纤维体的力学性能有着促进作用。而上浆剂成膜剂作为上浆剂的重要组成部分,其乳液的性能对上浆剂的稳定性、耐热性等性能有着重要的影响。1.自乳化环氧树脂上浆剂的制备本文使用聚乙二醇(PEG)接枝改性环氧树脂,以环氧树脂为疏水基团,聚乙二醇为亲水基团,在醚类试剂为催化剂的条件下合成上浆剂成膜剂,通过对反应物质的量的配比的调配,以及对反应温度、反应时间等反应条件的优化,在不同实验条件下制得环氧树脂上浆剂成膜剂,利用红外光谱测试仪对所制得的上浆剂成膜剂进行红外谱图分析,证明了该种成膜剂的分子结构中含有亲水的聚乙二醇,同时含有环氧端基,该成膜剂加入蒸馏水自乳化后获得乳液,向乳液中加入活性剂、分散剂等助剂,使用乳化仪高速以500 r/min的速度搅拌5 min,采用静止贮存30天的方法测试其贮存稳定性,未见分层,将制得的乳液使用高速离心机下以1000 r/min的速度离心3 h,未见沉淀产生,乳液未发生破乳现象,说明使用该种方法合成的乳液上浆剂稳定性良好,将制得的上浆剂成膜剂加入助剂复配后的乳液对碳纤维原丝进行上浆处理,使用扫描电镜对上浆前后的碳纤维进行分析,发现经过使用优化条件下制得的上浆剂处理的碳纤维表面沟壑减少。2.一种两亲性自乳化环氧树脂上浆剂的制备阐述了一种自乳化两亲性环氧树脂上浆剂的合成方法,将带有亲水基团的聚醚胺和带有疏水基团的伯胺(十八胺)或二元仲胺将环氧树脂进行同时改性,通过多组平行试验确定最优反应条件,通过乳液粒径大小的及分布的测试,确定最优反应条件为:反应时间为3小时,最佳反应温度为110℃,在最优反应条件下,通过两种物质不同比例的调配进而得到具有亲水、亲油性能的上浆剂成膜剂。使用动态接触角测试仪将上浆后的碳纤维进行接触角测试,测试结果显示,在亲水亲油比例调配的过程中,接触角有所变化,与所设计的构想相匹配。在最优反应条件下,设计合成分子量分别为5000,10000,20000,30000的碳纤维用环氧树脂上浆剂,通过测试表征结果显示,分子量为5000的上浆剂分子结构稳定,力学性能优良,通过调配环氧树脂柔性与刚性链段的比例,制得具有不同刚性链段比例的上浆剂,通过测试表征,结果显示,随着刚性链段的比例增加,乳液粒径随之增大,而刚性链段的比例增大,对乳液的热性能未产生较大影响。使用冷冻传输设备和扫面电镜的测试下,可以看出此种方法制备的环氧树脂上浆剂成膜剂粒径小、分布均匀,稳定性良好,静置贮存可达3个月,通过机械离心稳定性测试仍可稳定存在,使用该方法制得的上浆剂对碳纤维进行上浆处理后,碳纤维的表面缺陷明显减少,通过单丝断裂实验结果分析,纤维的力学性能明显增加。
【图文】：

环氧树脂,缩水甘油酯,结构式,工艺性

能充分将树脂与纤小，工艺性好，环氧密度很高，固化伸缩 % ~ 10 %，环氧树工艺也比较成熟[52-55环氧树脂中，，环氧树的研发及工业生产中时，环氧树脂种类繁涌现，根据环氧树脂式如图 1.1 所示[56,58,6

双酚A型环氧树脂,结构式,环氧树脂

如下图所示[58-65]：(3). 脂肪族环氧化合物类环氧树脂用过氧化物环氧化脂肪族烯烃的双键制得脂肪族环氧化合物环氧树脂结构中没有苯环等杂环，只有脂肪链，为线性大分子，由于该分子中含有烯橡胶结构和环氧树脂结构，所以具备粘结性能[66-70,73]。但此种环氧树脂点：固化伸缩率大。(4). 缩水甘油醚类环氧树脂环氯丙烷与多元酚和多元醇经过缩聚反应制得缩水甘油醚类环氧树脂脂的类型最多，其中最常见的有如下几种：双酚 A 型环氧树脂，在众多环氧树脂中该种环氧树脂具有原料易得、等优点，是最普遍、最具代表性的环氧树脂，在工业生产过程中应用性0 %左右，由此也被称为树脂界的通用型环氧树脂[77-79]。其分子结构式如示：
【学位授予单位】：吉林化工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ342.742

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