纳米SiO2改性炭纤维乳液上浆剂的性能评价

采用纳米SiO₂改性环氧树脂乳液上浆剂和未改性乳液上浆剂对聚丙烯腈(PAN)基炭纤维进行表面上浆。通过静置沉淀法和光学显微镜评价了两种乳液的稳定性。利用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线能谱仪(EDS)、 原子力显微镜(AFM)和动态接触角测试仪(DCAA)研究了未上浆、 未改性和改性上浆炭纤维的表面性能, 并用单纤维碎裂法探讨了上浆剂对炭纤维与环氧树脂界面黏结的影响。结果表明: 未改性和经纳米SiO₂改性的两种乳液粒径较小, 稳定性较好, 而前者优于后者。上浆后, 炭纤维表面的粗糙度和表面能都增大, 而且最大值出现在改性乳液上浆炭纤维的表面。改性乳液上浆单纤维复合材料拥有最大的界面剪切强度(IFSS), 比未改性上浆的高出27.2%; 改性上浆炭纤维与基体的调和平均黏结功(W(h)_a )和几何平均黏结功(W(g)_a )也分别高出未改性上浆的12.7%和11.7%。      

纳米SiO2改性上浆剂对炭纤维复合材料界面性能的影响

利用单纤维碎裂法，三点短梁法，扫描电镜（SEM）和动态力学热分析（DMTA）研究了未上浆炭纤维、环氧树脂乳液上浆炭纤维和经纳米SiO2改性环氧树脂乳液上浆炭纤维增强树脂基复合材料（CFRP）的界面性能。结果表明：炭纤维经改性乳液上浆剂和未改性乳液上浆剂上浆后，与未上浆相比，其单纤维复合材料的界面剪切强度（IFSS）分别提高了79％和41％，复合材料的层间剪切强度（ILSS）分别提高了14％和9％。DMTA图谱显示经纳米SiO：改性上浆的CFRP其损耗角正切（tanδ）较未改性上浆的降低18％，玻璃化温度（Tg）高出5℃。说明上浆剂中添加纳米SiO2可使上浆后的CFRP界面黏结性得到显著增强。     

单丝拉伸断裂法探究上浆剂改性炭纤维与聚碳酸酯的界面黏结性

为了探究不同上浆剂对炭纤维/聚碳酸酯复合材料界面黏结性的影响,采用自制水性聚碳酸酯乳液、聚醋酸乙烯酯乳液、聚氨酯乳液与聚乙烯乳液等上浆剂对炭纤维进行表面改性。采用红外光谱(IR)和热重-质谱联用(TG-MS)仪分析上浆剂的化学结构;采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)与热重分析仪(TG)等研究上浆改性炭纤维的表面结构。为了量化地分析炭纤维与聚碳酸酯的界面剪切强度,采用单丝拉伸断裂法得到界面剪切强度。结果表明,水性聚氨酯乳液上浆改性后的炭纤维与聚碳酸酯的界面剪切强度最高(29.19 MPa),这是由于聚氨酯中含有较多的氨酯键,可与树脂形成较多的氢键。相对而言,水性自制乳液与聚醋酸乙烯酯乳液涂层后的炭纤维与聚碳酸酯之间只有物理吸附作用,因此界面黏结性略弱。     

碳纳米管对炭纤维/聚碳酸酯复合材料界面结合性能的影响

为改善炭纤维和聚碳酸酯界面结合性能,制备了含碳纳米管的水性聚碳酸酯上浆剂和水性聚氨酯上浆剂,通过上浆工艺将碳纳米管引至炭纤维表面.分别采用单丝段裂法和定向纤维增强聚合物基复合材料垂直方向拉伸两种方法从微观和宏观两个角度研究了上浆剂种类及碳纳米管含量对复合材料界面结合性能的影响.结果表明:上浆剂可明显改善炭纤维/聚碳酸酯...     

聚氨酯上浆剂对炭纤维增强聚氨酯复合材料界面性能的影响（英文）

经阳极氧化的炭纤维丝束用水性聚氨酯进行上浆，考察上浆剂对炭纤维增强聚氨酯复合材料界面性能的影响，并结合元素分析、官能团分析、热重分析和示差扫描热分析进行机理研究。结果显示，上浆剂可以显著提高复合材料界面性能。层剪强度从氧化后的39.5 MPa提升到上浆后的46.4 MPa，提升17.5%。上浆的炭纤维经170°C热处理后层剪强度进一步提高到50.8 MPa。这归因于上浆剂与炭纤维表面的含氧官能团进行反应形成化学键，而上浆剂与基体以氢键相互作用。经进一步热处理后，上浆剂的封端剂脱除，释放出异氰酸酯与基体中的氨基甲酸酯反应生成尿基甲酸盐。因此，此水性聚氨酯上浆剂提高了炭纤维增强聚氨酯复合材料的界面性能。     

耐温型炭纤维乳液上浆剂

采用热分析、粒度分析、酸碱滴定、接触角测定、界面剪切强度测试等方法研究了由热塑性聚酰亚胺树脂GCPI与热固性环氧树脂618组成的耐高温炭纤维上浆剂的性能。结果表明：该复合型上浆剂乳液粒径小、分布窄，具有良好的贮存稳定性和耐酸碱性，上浆剂乳液对纤维的浸润性通过渗透剂脂肪醇聚氧乙烯醚（JFC）调节。用该复合上浆乳液处理的炭纤维耐磨性能得到改善，且上浆后炭纤维与双马来酰亚胺基体树脂QY8911的界面剪切强度较上浆前提高97％。在高温350℃时，其复合界面剪切强度保持率可达室温时的75．62％。     

水性上浆剂对碳纤维表面及碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能的影响

以4,4'-亚甲基双(异氰酸苯酯)(MDI)为扩链剂, 将Triton X-100(TX-100)引入到双酚A二缩水甘油醚(DGEBA) 中, 设计合成水性碳纤维上浆剂(DGEBA-MDI-TX-100), 并利用合成的水性上浆剂对碳纤维表面进行改性。在此基础上, 以环氧树脂为基体, 制备碳纤维/环氧树脂复合材料, 研究了水性上浆剂改性碳纤维对碳纤维表面性能及其复合材料界面性能的影响。结果表明:与未经处理的碳纤维相比, 经过上浆剂改性后的碳纤维润湿性能得到了较大的提高, 与环氧树脂的接触角下降了 9.1%;与环氧树脂复合后制备的复合材料的界面剪切强度提高了64.7%。      

氧化石墨烯改性玄武岩纤维及其增强环氧树脂复合材料性能

为了改善玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,通过偶联剂对氧化石墨烯进行改性,并将改性后的氧化石墨烯引入到上浆剂中对玄武岩纤维进行表面涂覆改性,同时制备了氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料.采用FTIR表征了氧化石墨烯的改性效果;运用SEM分析了改性上浆剂处理对玄武岩纤维表面及复合材料断口形貌的影响和作用机制.结果表明:偶联剂成功接枝到氧化石墨烯表面;玄武岩纤维经氧化石墨烯改性的上浆剂处理后,表面粗糙度及活性官能团含量增加,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂界面处的机械齿合作用及化学键合作用增强,界面黏结强度得到改善,玄武岩纤维的断裂强力提高了30.8%,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度提高了10.6%.     

含碳纳米管上浆剂的制备及对碳纤维/环氧树脂复合材料界面的影响

首先采用"Friedel-Crafts"酰化反应制备羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)并将其与环氧树脂、丙酮混合制成含MWCNTs的上浆剂,然后用该上浆剂浸渍碳纤维制备碳纳米管/碳纤维多尺度增强纤维。采用扫描电镜研究了上浆处理对碳纤维表面形貌的影响,采用短臂梁剪切测试方法研究了含碳纳米管的上浆剂对碳纤维/环氧树脂复合材料层间剪切强度(ILSS)的影响。结果表明,碳纳米管在上浆剂中的分散状态直接影响纤维表面碳纳米管分布的均匀性;与未浸渍的碳纤维相比,含碳纳米管上浆剂浸渍后的碳纤维/环氧树脂复合材料的ILSS提高了34.33%。通过上浆剂红外光谱表征、纤维束表面浸润性测试及ILSS试样端口形貌的观察,分析了层间增韧机理。研究表明,碳纤维束表面浸润性的提高以及碳纤维/环氧树脂界面处化学键合作用增强,是ILSS提高的主要原因。     

上浆剂对炭纤维表面和环氧树脂复合材料的影响

采用两种上浆剂对聚丙烯腈(PAN)基炭纤维进行表面上浆,利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线元素分析(XPS)和反向气相色谱(IGC)研究了未上浆、上浆炭纤维的表面形貌、化学组成及纤维表面能,测试了未上浆和上浆炭纤维所制备复合材料的层间剪切强度(ILSS)并用SEM观察其断面形貌。结果表明,上浆后炭纤维表面变平滑,纤维表面n(O)/n(C)明显提高,含氧官能团(羟基、羧基)增加,炭纤维表面能降低。上浆后,复合材料的ILLS有所提高。     

纤维热氧-接枝处理与基体改性对CF/VE复合材料力学性能的影响

针对碳纤维增强乙烯基酯树脂(CF/VE)复合材料界面性能薄弱的问题,通过热氧-接枝的方法对碳纤维表面进行改性,通过添加偶联剂改性树脂,并采用真空辅助成型工艺制备了CF/VE复合材料。通过纤维扫描电镜(SEM)表征和CF/VE复合材料力学性能测试、动态力学测试、界面粘结参数计算以及界面的微观表征验证改性方法的效果。SEM测试表明改性后纤维比表面积和粗糙度提高;TGA测试表明碳纤维氧化温度大于210℃,且氧化温度在600℃时,CF/VE复合材料综合性能最佳;CF/VE复合材料界面性能随隅联剂质量浓度的增大先提高后降低,且在其质量浓度为1%时,层间剪切强度最大,相对于未改性CF/VE复合材料的提高了74.3%;动态力学性能测试(DMA)表明改性CF/VE复合材料的玻璃化转变温度Tg较未改性的提高了约10℃;界面粘结参数A和α的定量计算表明改性CF/VE复合材料界面性能得到较大改善。     

氧化石墨烯/炭纤维复合增强体的制备及对环氧树脂复合材料界面性能影响

为了改善炭纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,以对硝基苯胺为原料,通过两步重氮化还原反应,在炭纤维表面共价接枝氧化石墨烯,制备出氧化石墨烯/炭纤维(GO/CF)复合增强体。研究了反应机理,并对改性前后炭纤维表面的化学结构、微观形貌、表面粗糙度、单丝拉伸强度和炭纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析。结果表明,接枝GO后,炭纤维表面粗糙度增加了188%,单丝拉伸强度提高了13. 2%,断裂伸长率增加12. 1%,界面黏结强度提高了80. 2%。     

聚酰亚胺改性炭纤维增强聚苯硫醚复合材料的制备及表征

以均苯四甲酸(PMDA)和4,4’二氨基二苯醚(ODA)为原料合成聚酰胺酸(PAA),并以此为上浆剂对炭纤维实施上浆处理,通过热酰亚胺化的方法在炭纤维表面形成聚酰亚胺(PI)上浆层,用于提高炭纤维/聚苯硫醚(CF/PPS)界面结合强度。通过扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对PI上浆炭纤维表面进行分析,结果表明在炭纤维表面形成一层连续且均匀的PI涂层,且经PI处理后的炭纤维表面高活性碳含量比未处理炭纤维提高了9.72%。相比于未处理CF/PPS复合材料,PI上浆CF/PPS复合材料的层间剪切强度、压缩强度和压缩模量分别提高了26.39%、26.02%和19.64%。     

炭纤维乳液上浆剂

采用转相乳化法，选用不同的混合乳化剂对环氧树脂AG－80进行乳化。通过静置沉淀法，比较不同混合乳化剂对其乳化的影响，结果表明乳化效果最好的是乳化剂1601与NP－10的混合乳化剂。粒径分析结果显示乳液的最可几粒径为934．1nm时，乳液稳定性较好。上浆处理后，单纤维复合材料的界面剪切强度较未上浆时有所提高，说明用该上浆剂处理，不仅可达到保护炭纤维表面的目的，而且可以改善炭纤维与基体树脂间的界面粘结。     

炭纤维特性与炭纤维/环氧树脂界面断裂能关联分析

采用基于WND(Wagner-Nairn-Detassis)能量模型的单丝断裂法,测试了5种国产炭纤维、2种国外炭纤维与航空结构用环氧树脂复合体系的界面断裂能,通过SEM,AFM,IR以及XPS等手段分析了7种炭纤维的表面物理化学特性,并研究了炭纤维特性与界面断裂能的关联。结果表明:对于所研究的炭纤维/环氧树脂体系,去除炭纤维表面上浆剂后界面断裂能下降,说明上浆剂可以在一定程度上提高界面的韧性。此外,实验范围内,纤维拉伸强度较高时,测得的界面断裂能较高,炭纤维表面粗糙度较高时,测得界面断裂能较高,说明纤维拉伸性能和表面粗糙度对界面韧性有重要影响,而与这两种因素相比,上浆剂的种类影响相对较小。研究结果为高性能国产炭纤维的研发和炭纤维/树脂匹配性的评价提供了重要的实验数据。     

环氧改性水性聚氨酯上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响

使用自行合成的环氧改性水性聚氨酯(EWPU)上浆剂对碳纤维进行表面处理,主要研究了EWPU上浆剂对碳纤维表面及碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和静态接触角等表征方法对比研究了二次上浆处理前碳纤维(CF)和处理后碳纤维(MCF)的表面形貌、表面化学元素组成和浸润性的变化,并通过单纤维破碎实验和短梁剪切法,研究了EWPU上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面力学性能的影响。结果表明,经EWPU上浆处理后碳纤维表面O/C值增加了39.13%,表面活性官能团的含量增加了14.97%,碳纤维与树脂的初始和稳态接触角分别减小了19.41%和20.59%,碳纤维/氰酸酯树脂复合材料的单丝界面剪切强度和层间剪切强度分别增加了13.42%和14.29%。     

水溶性热塑性聚酰亚胺上浆剂对国产高强高模碳纤维复合材料界面性能的影响

以双酚A型二醚二酐(BPADA)、间苯二胺和1,3-二(4′-氨基苯氧基)苯(TPE-R)为原料合成了水溶性热塑性聚酰亚胺上浆剂，对国产高强高模碳纤维(HMCF)表面进行上浆处理并制备成复合材料。研究了不同单体摩尔比对上浆剂特性以及上浆处理后纤维表面结构性能的影响，进一步分析了热塑性上浆剂对国产高强高模碳纤维增强热塑性聚醚酮酮(PEKK)树脂基复合材料界面性能的影响。结果表明，当BPADA与TPE-R的单体摩尔比为1∶1时，合成得到的热塑性上浆剂不仅分子量分布均匀，而且具有优异的热稳定性，如温度554℃其热失重仅为5%。上浆处理后，高强高模碳纤维表面O/C由0.08增至0.18,提高了125%;上浆后纤维强度略有增高，模量几乎无变化；上浆处理后对复合材料界面性能改善明显，HMCF/PEKK复合材料层间剪切强度由处理前38.5 MPa提升至最高59.4 MPa,增幅高达54.3%。     

炭纤维表面性质及上浆剂对炭纤维聚碳酸酯复合材料界面性能的影响

通过对比未处理炭纤维、氧化炭纤维、商业化环氧树脂用炭纤维和实验室用聚氨酯及环氧树脂自上浆炭纤维的表面性质和其增强聚碳酸酯层间剪切强度,研究炭纤维表面性质与上浆剂对界面结构与性能的影响。结果表明,未处理炭纤维表面官能团与树脂的浸润性最小,层剪值最低为38.1 MPa。氧化纤维表面官能团增加,浸润性提高,层剪值提高到50.6 MPa。商业化环氧树脂用炭纤维表面官能团与树脂浸润性相比氧化纤维明显提高,层剪值相当,为50.8 MPa。说明浸润性是强界面产生前提,但不是充分条件。自上环氧浆炭纤维复合材料的层剪值相比商业炭纤维更低,约为31.7～39.5 MPa,而聚氨酯上浆炭纤维表面官能团与浸润性跟商业化环氧树脂用炭纤维相当,但层剪值提升18.9%,为60.4 MPa。说明界面结合强度提高的原因更依赖于氨酯键与炭纤维表面及聚碳酸酯树脂基体均能产生强的化学作用。     

面向3D打印的连续碳纤维上浆工艺及其对复合材料性能的影响

对连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTPCs)进行3D打印能够实现无模具快速制造,扩展增材制造的实际应用。为进一步提高3D打印连续碳纤维增强复合材料制件的性能,采用热塑性上浆剂对干碳纤维进行上浆处理,以尼龙6(PA6)为基体打印连续碳纤维增强复合材料,对比了上浆前后碳纤维表面性质及复合材料力学和界面性能。结果表明,上浆后碳纤维表面极性官能团增加,纤维与树脂浸润性改善;纤维表面粗糙度增加,纤维与树脂的机械结合力增强;上浆后碳纤维增强PA6复合材料较原始碳纤维增强PA6复合材料层间剪切强度提高42. 2%,层间结合增强,弯曲强度提高了82%,弯曲模量提高2. 46倍; 3D打印的上浆后碳纤维增强PA6复合材料试样断面上有明显纤维拔出现象,界面性能显著改善。     

全氟辛基季胺碘化物改性碳纳米管对天然橡胶胶乳性能的影响

用水溶性的阳离子表面活性剂全氟辛基季胺碘化物FC-134对碳纳米管进行非共价键改性,并用液相法制备改性碳纳米管/天然橡胶复合材料,研究了改性碳纳米管对天然橡胶复合材料的影响。结果表明,改性碳纳米管在水介质中具有很好的稳定性。佩恩效应表明,碳纳米管经过表面修饰增强了与橡胶的相互作用,降低了碳纳米管之间的相互作用。橡胶加工分析仪的结果表明,碳纳米管均匀地分散到复合材料中。与未改性碳纳米管/天然橡胶胶乳复合材料相比,改性碳纳米管/天然橡胶胶乳复合材料硫化胶的撕裂强度提高了65%,拉伸强度提高了29%。