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改性環(huán)氧樹(shù)脂乳液型碳纖維上漿劑制備、表面張力、黏度等性能測試（一）
來(lái)源：石油化工技術(shù)與經(jīng)濟 瀏覽 215 次 發(fā)布時(shí)間:2024-12-11
高性能碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)制備中，上漿劑配套選擇是極其重要的工藝環(huán)節。使用專(zhuān)用的系列化上漿劑產(chǎn)品，可以調節碳纖維的開(kāi)纖性、擴幅性、耐磨性、韌性等工藝性能，滿(mǎn)足碳纖維在后續編織、鋪層、纏繞、拉擠等復合材料制造工藝的加工要求。另外，碳纖維表面處理與上漿劑的應用性能匹配，可以針對不同復合材料樹(shù)脂體系，提高碳纖維的基體樹(shù)脂浸潤性和固化成形所得復合材料的界面黏結強度。
目前，上漿劑作為碳纖維工程化的配套助劑，已經(jīng)成為調節碳纖維工程化制備、碳纖維性能、纖維增強復合材料制造工程以及最終應用性能的關(guān)鍵因素之一，也是國外碳纖維生產(chǎn)廠(chǎng)家的核心技術(shù)秘密。國內市場(chǎng)上的碳纖維上漿劑是以環(huán)氧樹(shù)脂為主體樹(shù)脂，通過(guò)加入表面活性劑等制備成的水性環(huán)氧乳液型上漿劑。但該類(lèi)上漿劑僅能滿(mǎn)足低等級碳纖維、傳統環(huán)氧樹(shù)脂基復合材料的一般需求，對各種復雜產(chǎn)品及工藝的適應性較差。在國內外高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現階段，主要的核心競爭點(diǎn)是能否提供具有廣闊上漿劑譜系的碳纖維產(chǎn)品，特別是具有獨特性能和應用領(lǐng)域的新型上漿劑上漿的碳纖維。
基于上述原因，中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)上海石化)碳纖維事業(yè)部針對自產(chǎn)碳纖維獨特的主體及表面性能，開(kāi)展上漿劑研制及應用研究，形成具有完全知識產(chǎn)權的相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品，工藝應用性能均達到或超過(guò)國外同類(lèi)產(chǎn)品水平。
1試驗部分
1.1上漿劑的制備
首先通過(guò)異氰酸酯、聚酯多元醇、不飽和酸等共聚或共混改性環(huán)氧樹(shù)脂，然后采用轉相乳化法，在高剪切分散乳化機中，制備成以水為溶劑的聚氨酯改性環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯改性環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和酯改性環(huán)氧樹(shù)脂乳液型碳纖維上漿劑。
1.2上漿碳纖維的制備
采用中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所的兩絲束高性能纖維模擬上漿試驗線(xiàn)、上海石化碳纖維事業(yè)部碳纖維聯(lián)合裝置500 t/a碳纖維生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行上漿纖維的制備。
1.3測試分析
1.3.1上漿劑乳液性能測試分析
(1)平均粒徑及粒徑分布指數
采用英國Malvern公司ZetasizerNano激光粒度儀測試，測試溫度24～26℃，恒溫時(shí)間2 min。
(2)pH
采用美國梅特勒公司METTLERTOLEDO320 pH計測試，測試溫度25℃。
(3)表面張力
采用芬蘭Kibron公司Delta-8全自動(dòng)高通量表面張力儀測試，選擇Wilhelmy吊片法，測試溫度25℃。
(4)紅外光譜與核磁共振分析
將上漿劑乳液置于105～115℃的高溫熱風(fēng)烘箱中烘燥，直至水分完全脫除獲得上漿劑烘干物。采用美國Thermo公司NicoletIs5紅外光譜分析儀測試，波數400～4 000 cm-1，掃描32次。將烘干物充分溶解于指定的氘代試劑中，采用BrukerAV500核磁共振儀掃描測試。
(5)黏度
采用美國B(niǎo)rookfield DV++Pro型旋轉黏度計測試，取3～4 mL樣品置于樣品池中，選用13#轉子，測試溫度25℃。
1.3.2上漿碳纖維性能測試分析
(1)表面形貌
采用JSM-6390LV掃描電子顯微鏡(SEM)，測試上漿碳纖維的表面形貌特征，噴金時(shí)間30 s。
(2)上漿量
采用SP10高溫上漿量測試儀，使纖維表面上漿劑在高溫下熱解脫除，得到上漿量測試結果。熱解溫度450℃，熱解時(shí)間15 min，熱解全程采用高純氮氣保護。
(3)耐磨性
采用定制TM-200H改進(jìn)型高速紗線(xiàn)摩擦試驗機，測試碳纖維在不銹鋼輥表面連續摩擦的磨斷次數。纖維與不銹鋼棍摩擦包角117°，往復速度300 r/min，不銹鋼磨輥直徑3 mm。
(4)層間剪切強度
參照國標《單向增強纖維增強塑料層間剪切強度試驗方法》(GB 3357—1982)，制備成單向纖維增強樹(shù)脂樣條，采用三點(diǎn)彎曲模式進(jìn)行測試。
(5)集束性與擴幅性
用手感目測法對上漿后碳纖維的集束性與擴幅性進(jìn)行評級，等級為“很好-良好-不良-較差”。
(6)毛絲量
將碳纖維夾在2枚聚氨酯海綿間，使纖維以0.5 m/min的速度在海綿內通過(guò)，測量海綿前后的質(zhì)量差為毛絲量，預加張力1 g/tex。
(7)X射線(xiàn)光電子能譜分析
采用ULVAC-PHI.INC PHI5000 VersaProbe X射線(xiàn)光電子能譜儀，單色器鋰鈀，電源功率為200 W，剩余真空度1.3×10-6Pa，能量分辨率0.5 eV，測樣深度約5 nm。
(8)界面剪切強度
采用日本東榮產(chǎn)業(yè)公司MODEL HM410界面性能評價(jià)裝置進(jìn)行測試，選用的基體樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂AG80、酚醛樹(shù)脂2123、雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂6421。
改性環(huán)氧樹(shù)脂乳液型碳纖維上漿劑制備、表面張力、黏度等性能測試（一）