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改性環(huán)氧樹脂乳液型碳纖維上漿劑制備、表面張力、黏度等性能測試（三）
來源：石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì) 瀏覽 1426 次 發(fā)布時間:2024-12-11
2.3不飽和酯改性環(huán)氧樹脂上漿劑對碳纖維的影響
2.3.1上漿劑制備原理與組成結(jié)構(gòu)
針對不同復(fù)合材料基體樹脂界面結(jié)合能力的需求，上海石化開發(fā)了不飽和酯改性環(huán)氧樹脂上漿劑，采用反丁烯二酸和甲苯二異氰酸酯共聚改性雙酚S環(huán)氧樹脂，引入不飽和官能團(tuán)增強(qiáng)樹脂的界面通用性，引入聚醚基團(tuán)增強(qiáng)水溶性，并通過有機(jī)氟表面活性劑外乳化等方法，制備了具備通用性的不飽和酯改性環(huán)氧樹脂乳液型上漿劑。
測試結(jié)果表明，核磁共振譜圖在2.8×10-6、3.8×10-6、4.5×10-6、6.9×10-6等處表明含有環(huán)氧、羥基、醚、不飽和雙鍵等基團(tuán)，紅外光譜在935 cm-1、1 104 cm-1、1 719cm-1、3 355cm-1處出現(xiàn)環(huán)氧、羥基、醚、聚氨酯等特征吸收峰，可見上漿劑組分結(jié)構(gòu)中含有環(huán)氧基、羥基、醚、不飽和雙鍵、異氰酸酯等多種功能性基團(tuán)，和環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、聚酰胺樹脂等常用復(fù)合材料基體樹脂均具備良好的界面結(jié)合力，通用性良好。
2.3.2上漿劑乳液的性能評價
制備的不飽和酯改性環(huán)氧樹脂上漿劑乳液的性能測試結(jié)果見表5，粒徑及分布測試結(jié)果見圖5。
由表5結(jié)果可見：不飽和酯改性環(huán)氧樹脂上漿劑為微乳液，平均粒徑更小，離心沉淀量低，更易長時間儲存應(yīng)用；可在較寬的pH范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，熱失重程度小，耐溫性高，可滿足各種不同復(fù)合材料樹脂基體高溫、中溫、低溫加工工藝的需求。
2.3.3上漿劑對碳纖維性能的影響
采用制備的不飽和酯改性環(huán)氧樹脂上漿劑制備的上漿碳纖維，其表面X射線光電子能譜(XPS)分析測試結(jié)果見表6所示。采用進(jìn)口環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和雙馬來酰亞胺樹脂上漿劑后，上漿碳纖維的界面剪切強(qiáng)度分別為150.7 MPa、122.9 MPa、149.0 MPa；采用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和雙馬來酰亞胺等不飽和酯改性環(huán)氧樹脂上漿劑上漿后，上漿碳纖維的界面剪切強(qiáng)度分別為173.0 MPa、157.7 MPa、184.8 MPa。
X射線光電子能譜分析測試結(jié)果表明，上漿后碳纖維表面由非極性轉(zhuǎn)變?yōu)闃O性，C含量大幅降低，O含量顯著提高。與進(jìn)口碳纖維相比，不飽和酯改性環(huán)氧樹脂上漿碳纖維具有更高的O含量，表明不飽和酯改性環(huán)氧樹脂上漿劑的極性官能團(tuán)含量更多。
界面剪切強(qiáng)度測試結(jié)果表明，與進(jìn)口上漿劑相比，不飽和酯改性環(huán)氧樹脂上漿碳纖維與環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂的界面性能均有顯著提高。
采用進(jìn)口上漿劑和不飽和酯改性環(huán)氧樹脂上漿劑制備的上漿碳纖維復(fù)合材料斷裂截面見圖6～7。
復(fù)合材料斷裂截面圖顯示，采用進(jìn)口上漿劑制備的碳纖維在部分區(qū)域未能有效吸附上漿劑組分，出現(xiàn)纖維的滑脫和粘連等不良現(xiàn)象。采用不飽和酯改性環(huán)氧樹脂上漿劑制備的碳纖維表面均勻涂覆上漿劑高分子，并與酚醛基體樹脂粘結(jié)成一體，纖維很難從樹脂中滑脫，界面結(jié)合性能良好。測試結(jié)果表明，不飽和酯改性環(huán)氧樹脂上漿劑能有效改善上漿碳纖維與不同基體樹脂的適用性，具有更好的通用性。
3結(jié)論
(1)聚氨酯改性環(huán)氧樹脂上漿劑，其樹脂結(jié)構(gòu)含有活性環(huán)氧基團(tuán)和極性氨基甲酸酯鍵，環(huán)氧組分提供了基本的集束和擴(kuò)幅能力，聚氨酯結(jié)構(gòu)大幅度提高了纖維集束、耐磨和韌性，并且容易通過異氰酸酯組分用量的調(diào)節(jié)，進(jìn)行針對性的改善和優(yōu)化，上漿碳纖維加工性能達(dá)到同類進(jìn)口纖維水平。同時，該上漿劑不需要在后期添加集束劑和現(xiàn)場二次混合，水性乳液上漿劑的應(yīng)用穩(wěn)定性良好，碳纖維上漿浸潤性好，有利于碳纖維的工業(yè)化穩(wěn)定生產(chǎn)。
(2)聚酯改性環(huán)氧樹脂碳纖維乳液上漿劑，主成分由聚酯多元醇和環(huán)氧樹脂組合而成，同時含有具有優(yōu)異的乳化性能和極低的浸潤性能的雙酚A聚醚陰離子表面活性劑，實現(xiàn)了上漿劑的超低表面張力和快速上漿，顯著改善上漿均勻性，有效提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品穩(wěn)定性。
(3)不飽和酯改性環(huán)氧樹脂碳纖維乳液上漿劑，采用不飽和酸和多異氰酸酯共聚改性環(huán)氧樹脂、有機(jī)氟表面活性劑外乳化，上漿劑組分結(jié)構(gòu)中含有環(huán)氧基、羥基、醚、不飽和雙鍵、異氰酸酯等多種功能性基團(tuán)，上漿后的碳纖維與環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂等常用復(fù)合材料基體樹脂均具備優(yōu)異的界面結(jié)合力、良好的通用性，具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。
(4)聚氨酯改性環(huán)氧樹脂、聚酯改性環(huán)氧樹脂、不飽和酯改性環(huán)氧樹脂系列碳纖維專用上漿劑，可以進(jìn)一步滿足國內(nèi)外碳纖維及復(fù)合材料制備廠家的需求，培育和引導(dǎo)與自身碳纖維產(chǎn)品特色相配合的功能助劑產(chǎn)業(yè)，全面提升上海石化在我國新材料產(chǎn)業(yè)鏈的競爭力和影響力。
改性環(huán)氧樹脂乳液型碳纖維上漿劑制備、表面張力、黏度等性能測試（一）