PAN基碳纖維表面臭氧氧化改性及上漿劑的研制.pdf

1、目前乙烯基酯樹脂由于其優(yōu)良的耐水性而在船舶用復合材料中得到越來越多的關注，然而其與國產碳纖維CCF300界面強度不高一直是限制其進一步應用的問題，基于這個實際問題，本文擬通過研究臭氧氧化工藝及機理、制備適用于乙烯基脂樹脂VE的上漿劑，來提高CCF300/VE的界面粘結強度，從而填補我國對于乙烯基酯樹脂基體適用的改性技術的空缺，進一步縮小國內外技術差距，對促進配套碳纖維國產化有著重要的意義。
　　本文首先用索氏萃取法得到CCF300

2、和T300原有上漿劑的萃取液及纖維裸絲，采用紅外光譜、AFM、微脫粘測試研究纖維原有上漿劑的作用。結果發(fā)現(xiàn)：雖然相對于國產CCF300，T300粗糙度適中，原有上漿劑極性較高，但是仍然同CCF300一樣，無法起到增強CF/VE之間界面粘結強度的作用，除去上漿劑前后國產CCF和進口T300兩種碳纖維與環(huán)氧乙烯基樹脂基界面強度基本沒有變化，需要有針對性的研制上漿劑。
　　分別對國產碳纖維CCF300、進口碳纖維T300進行不同工藝的臭

3、氧高溫氧化處理，采用復絲拉伸強度試驗、AFM、微脫粘、拉曼光譜研究處理工藝對纖維復絲強度、CF/VE界面的影響，討論臭氧氧化處理的機理。試驗結果發(fā)現(xiàn)：臭氧氧化處理工藝應控制在一定范圍以內，處理溫度不宜超過160℃，處理時間不宜超過9min，臭氧濃度控制在45mg/L以下；國產碳纖維高溫臭氧氧化處理的最佳工藝為120℃、6min、臭氧濃度為30mg/L；在這個最佳工藝參數(shù)處理下CF/VE的界面粘結強度較未處理碳纖維增加25％；臭氧氧化的機

4、理為，CF存在弱表面層，這是臭氧首先刻蝕的部分，臭氧氧化石墨微晶和無定形碳的速度不同，使得纖維表面石墨化程度并不隨時間成規(guī)整變化，最佳的處理時間段很窄，需要嚴格控制處理工藝。
　　以改性乙烯基酯樹脂VE為主要漿料，通過轉相乳化法制備了改性VE的CF上漿劑。采用納米粒度儀、靜置沉淀的方法研究了乳化劑種類、乳化劑含量對上漿劑乳液的影響。結果表明蓖麻油聚氧乙烯醚(EL-40)為質量10%時上漿劑較穩(wěn)定，可達到一個月不破乳。然后在乙烯基酯

5、樹脂中加入不同含量的聚乙二醇單甲醚MPEG進行改性，采用納米粒度儀、SEM、AFM、微脫粘試驗、DSC熱分析、纖維硬挺度試驗研究改性劑的加入量對乳液粒徑、VE固化度、纖維表面形貌、CF/VE界面結合強度的影響。試驗結果發(fā)現(xiàn)隨著MPEG含量的增加，上漿劑乳液粒徑逐漸變大，涂覆的CCF300的硬挺度下降，MPEG質量分數(shù)在10%-30%之間，碳纖維的集束性和上漿的均勻性較好。界面粘結強度從無上漿劑時的30.29MPa增加至37.29MPa，