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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(cè)試(三)
來(lái)源:石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì) 瀏覽 1966 次 發(fā)布時(shí)間:2024-12-11
2.3不飽和酯改性環(huán)氧樹(shù)脂上漿劑對(duì)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(duì)不同復(fù)合材料基體樹(shù)脂界面結(jié)合能力的需求,上海石化開(kāi)發(fā)了不飽和酯改性環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂,引入不飽和官能團(tuán)增強(qiáng)樹(shù)脂的界面通用性,引入聚醚基團(tuán)增強(qiáng)水溶性,并通過(guò)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(shù)脂乳液型上漿劑。
測(cè)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(jiàn)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(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂等常用復(fù)合材料基體樹(shù)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(píng)價(jià)
制備的不飽和酯改性環(huán)氧樹(shù)脂上漿劑乳液的性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5,粒徑及分布測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖5。
由表5結(jié)果可見(jiàn):不飽和酯改性環(huán)氧樹(shù)脂上漿劑為微乳液,平均粒徑更小,離心沉淀量低,更易長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)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(shù)脂基體高溫、中溫、低溫加工工藝的需求。
2.3.3上漿劑對(duì)碳纖維性能的影響
采用制備的不飽和酯改性環(huán)氧樹(shù)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(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6所示。采用進(jìn)口環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)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(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和雙馬來(lái)酰亞胺等不飽和酯改性環(huán)氧樹(shù)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(cè)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(shù)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(shù)脂上漿劑的極性官能團(tuán)含量更多。
界面剪切強(qiáng)度測(cè)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(shù)脂上漿碳纖維與環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)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(shù)脂上漿劑制備的上漿碳纖維復(fù)合材料斷裂截面見(jiàn)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(shù)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(shù)脂粘結(jié)成一體,纖維很難從樹(shù)脂中滑脫,界面結(jié)合性能良好。測(cè)試結(jié)果表明,不飽和酯改性環(huán)氧樹(shù)脂上漿劑能有效改善上漿碳纖維與不同基體樹(shù)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(shù)脂上漿劑,其樹(shù)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(guò)異氰酸酯組分用量的調(diào)節(jié),進(jìn)行針對(duì)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(shí),該上漿劑不需要在后期添加集束劑和現(xiàn)場(chǎng)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(rùn)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(shù)脂碳纖維乳液上漿劑,主成分由聚酯多元醇和環(huán)氧樹(shù)脂組合而成,同時(shí)含有具有優(yōu)異的乳化性能和極低的浸潤(rùn)性能的雙酚A聚醚陰離子表面活性劑,實(shí)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(shù)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(shù)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(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂等常用復(fù)合材料基體樹(shù)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(shù)脂、聚酯改性環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和酯改性環(huán)氧樹(shù)脂系列碳纖維專用上漿劑,可以進(jìn)一步滿足國(guó)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(guó)新材料產(chǎn)業(yè)鏈的競(jìng)爭(zhēng)力和影響力。
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(cè)試(一)





