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%。      

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。     

磺化聚醚醚酮上浆剂的制备及其对碳纤维性能的影响

目的 制备一种热塑性上浆剂,以期改善碳纤维的表面性能以及单丝拉伸性能。方法 通过直接磺化法制备磺化聚醚醚酮水性上浆剂,并通过喷涂法对未上浆的T300碳纤维进行上浆处理,研究制得上浆剂的结构特征、性能以及其对碳纤维性能的影响。结果 制得磺化聚醚醚酮的磺化度约为74%,以此为主浆料配制的水性上浆剂具有良好的成膜性和储存稳定性。经上浆处理后,碳纤维表面形成了连续的磺化聚醚醚酮上浆层,表面官能团含量明显增加,树脂微滴在纤维表面的接触角降低。此外,上浆层可以弥补纤维表面的部分缺陷,使得上浆后碳纤维的单丝拉伸强度提高了5%。结论 磺化聚醚醚酮上浆剂可以有效改善碳纤维的表面性能及单丝拉伸性能。     

阴离子型水性环氧树脂制备及其应用性能EI北大核心CSCD

通过己二酸与环氧树脂反应,并用KOH中和制备的阴离子型水性环氧树脂(AAEK)具有良好的亲水性,可作为碳纤维上浆剂对碳纤维表面进行修饰,将处理后的碳纤维与环氧树脂复合制备成碳纤维/环氧树脂复合材料。利用红外、扫描电镜、原子力显微镜、吸附实验、万能材料试验机对AAEK改性后的碳纤维和AAEK改性后的碳纤维/环氧树脂复合材料进行表征和测试。结果表明,AAEK的最佳上浆质量分数和吸附量为1.0%和3 mg/g;AAEK处理后的短丝碳纤维在环氧树脂中的分散性得到明显改善;AAEK在碳纤维表面的吸附是介于单分子层和多分子层之间的吸附过程,符合Freundlich吸附等温模型;AAEK处理后的碳纤维单丝断裂强度有少量增加;AAEK改性后的碳纤维/环氧树脂复合材料的弯曲强度和层间剪切强度(ILSS)相比于改性前分别提高了168%和139%。     

阴离子型水性环氧树脂制备及其应用性能EI北大核心CSCD

通过己二酸与环氧树脂反应,并用KOH中和制备的阴离子型水性环氧树脂(AAEK)具有良好的亲水性,可作为碳纤维上浆剂对碳纤维表面进行修饰,将处理后的碳纤维与环氧树脂复合制备成碳纤维/环氧树脂复合材料。利用红外、扫描电镜、原子力显微镜、吸附实验、万能材料试验机对AAEK改性后的碳纤维和AAEK改性后的碳纤维/环氧树脂复合材料进行表征和测试。结果表明,AAEK的最佳上浆质量分数和吸附量为1.0%和3 mg/g;AAEK处理后的短丝碳纤维在环氧树脂中的分散性得到明显改善;AAEK在碳纤维表面的吸附是介于单分子层和多分子层之间的吸附过程,符合Freundlich吸附等温模型;AAEK处理后的碳纤维单丝断裂强度有少量增加;AAEK改性后的碳纤维/环氧树脂复合材料的弯曲强度和层间剪切强度(ILSS)相比于改性前分别提高了168%和139%。     

阴离子型水性环氧树脂制备及其应用性能

通过己二酸与环氧树脂反应,并用KOH中和制备的阴离子型水性环氧树脂(AAEK)具有良好的亲水性,可作为碳纤维上浆剂对碳纤维表面进行修饰,将处理后的碳纤维与环氧树脂复合制备成碳纤维/环氧树脂复合材料。利用红外、扫描电镜、原子力显微镜、吸附实验、万能材料试验机对AAEK改性后的碳纤维和AAEK改性后的碳纤维/环氧树脂复合材料进行表征和测试。结果表明,AAEK的最佳上浆质量分数和吸附量为1.0%和3 mg/g;AAEK处理后的短丝碳纤维在环氧树脂中的分散性得到明显改善;AAEK在碳纤维表面的吸附是介于单分子层和多分子层之间的吸附过程,符合Freundlich吸附等温模型;AAEK处理后的碳纤维单丝断裂强度有少量增加;AAEK改性后的碳纤维/环氧树脂复合材料的弯曲强度和层间剪切强度(ILSS)相比于改性前分别提高了168%和139%。     

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。     

硅溶胶改性处理对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的影响

用溶胶-凝胶法制备硅溶胶对碳纤维进行表面改性,观测了环氧树脂液滴在单向排列碳纤维集束表面的铺展过程;以环氧树脂为基体制备单向排列的碳纤维/环氧树脂复合材料,研究了硅溶胶改性处理碳纤维对其拉伸性能的影响。结果表明:碳纤维经过硅溶胶改性处理后,Si—o—Si,-NH₂等极性官能团的引入改善了环氧树脂对其的浸润性能,从而改善了碳纤维与环氧树脂间的界面粘结性能,使碳纤维/环氧树脂复合材料的横向拉伸强度显著改善,但纵向拉伸强度影响不大;与未经过表面处理的复合材料相比,经过硅溶胶改性处理的碳纤维/环氧树脂复合材料其横向拉伸强度提高了62.74%;与用硝酸处理的碳纤维制备的复合材料相比,用硝酸处理后再用硅溶胶处理的碳纤维所制备的复合材料,其横向拉伸强度提高了35.27%。     

硅溶胶改性碳纤维对碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能影响

以硅烷偶联剂和正硅酸乙酯(TEOS)为前躯体, 以固体酸-对甲苯磺酸为催化剂制备硅溶胶, 利用硅溶胶对碳纤维进行表面改性后, 以环氧树脂为基体, 制备碳纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM、 TEM、 万能试验机、 偏光显微镜等对表面改性前后的碳纤维形态、 力学性能及碳纤维/环氧树脂复合材料的界面性能进行表征, 研究了硅溶胶改性碳纤维对其复合材料界面性能影响。结果表明, 硅溶胶处理碳纤维后, 在碳纤维表面原位生成具有膜-粒结构的表面层, 改性后碳纤维的强度由2.41 GPa提高到3.00 GPa, 界面性能也得到了明显改善, 界面剪切强度(IFSS)提高了51.41%。     

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％。     

聚乙二醇改性环氧乳液碳纤维上浆剂的研制

用聚乙二醇(PEG)在催化剂过硫酸钾作用下与环氧树脂反应, 制得自乳化环氧树脂乳液。通过红外光谱表征改性环氧的结构, 并比较不同实验方案下乳液的稳定性, 探讨了反应原料、合成工艺等因素对实验结果的影响, 确定了最佳实验方案; 用热分析实验表征上浆剂的热稳定性, 接触角测试表征上浆剂乳液的浸润性, 单丝碎裂实验测定界面剪切强度。结果表明, 使用双酚A环氧树脂及PEG1000在80~120 ℃反应制得的乳液稳定性最好, 上浆剂的热稳定性和浸润性良好。用实验制得的乳液对碳纤维上浆, 单丝界面剪切强度比上浆前提高33.48%, 碳纤维毛丝量减少。      

Formulation optimization for thermoplastic sizing polyetherimide dispersion by quantitative structure–property relationship: experiments and artificial neural networks

The main function of a sizing in a composite is to fill interface between fibre and polymer matrix. This coating process contributes to increase adhesion between fibre and matrix, and therefore improve mechanical properties of the composites. The aim of this study was to optimize sizing formulations by identifying the experimental parameters influencing the particle size, distribution size and stability of various aqueous emulsions, used in the coating process of carbon fibres with polyetherimide as thermoplastic sizing polymer. A quantitative structure–property relationship (QSPR) method with artificial neural networks was used to determine the main parameters involved in the different formulation steps. The results indicated three recurrent parameters: stirring speed, surfactant concentration and type of reactor which control the particle size, stability and distribution size of the dispersions. With a reduced dataset constituted of 36 entries, this QSPR method was able to predict the stability of the aqueous dispersion of polymer and the particle size with an accuracy of 200 nm for an average diameter ranging from 330 to 2700 nm. The distribution size could be predicted with an accuracy of 0.047 for an experimental size distribution of 0.2.     

The influence of sizing conditions on bending properties of continuous glass fiber reinforced polypropylene composites

In this study, the interphase construction by using binding agents was proposed in continuous glass fiber reinforced polypropylene composites. Two types of binding agents modified with maleic anhydride, i.e. low- and high-molecular-weight PP binders were employed. Amino silane coupling agent was also used for the sizing of the glass fibers. In the first step, the sizing conditions with non-binding, low- and high-molecular-weight PP binders were compared for bending properties. According to the near infra-red (NIR) analysis of the sized glass fibers, the glass fiber finished with the low-molecular-weight PP binders greatly indicated the existence of the amide bond between the PP binder and the silane coupling agent. This result implies that the matrix PP chain tends to entwine with the PP binder chain. As a consequence, low-molecular-weight PP binder specimens gave the highest bending strength. Furthermore, the concentration ratio of the low-molecular-weight PP binder was varied with three steps. Matrix PP modified with maleic anhydride was also used in order to investigate the effect of matrix modification on bending properties. The interphase structure formed by a binder agent and a silane coupling agent in the continuous glass fiber reinforced polypropylene composites was discussed in detail.     

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%。      

废胶粉的表面处理及在天然橡胶中的应用

采用硅烷偶联剂KH550对废胶粉进行表面处理,并将处理后的废胶粉与天然橡胶复合制备WRP/NR复合材料。借助L16(45)正交试验及单因素试验,探讨了废胶粉目数、废胶粉用量、硅烷偶联剂KH550用量对复合材料力学性能的影响;对处理后的废胶粉表面和橡胶拉伸试样断裂面进行了扫描电镜(SEM)观察;并通过热重分析研究了天然橡胶和复合材料的热降解性能。结果表明:当废胶粉目数为80目,废胶粉用量为10%,硅烷偶联剂KH550用量为1.5%时,复合材料的力学性能最优,拉伸强度为27.89MPa。SEM结果表明废胶粉表面粗糙度增大,比表面积增大,与NR基体的相容性得到了提高。而热重分析表明改性废胶粉的加入对天然橡胶的热稳定性能影响不大。     

Facile and efficient route to polyimide-TiO2 nanocomposite coating onto carbon fiber

Polyamic acid-TiO(2) hybrid colloid emulsion with an average particle size of 200 nm was formed by dispersing nano-TiO(2) into polyamic acid colloidal emulsion. The polyimide-TiO(2) nanocomposite was coated onto carbon fiber by electrophoretic deposition. The primary properties of polyamic acid-TiO(2) hybrid colloid emulsion and polyimide-TiO(2) nanocomposite coating onto carbon fiber were characterized using laser scattering, ZetaPlus particle sizing, transmission electron microscopy, field-emission scanning electron microscope, Fourier transforms infrared spectroscopy, and X-ray Diffraction analysis. The results indicated that the small amount of nano-TiO(2) would be effectively dispersed in polyamic acid colloidal particles. The polyimide-TiO(2) hybrid nanocomposite coating carbon fiber sheet displayed an excellent photodegradation performance of methyl orange, which could be degraded more than 70 wt % after 10 cycles.     

偶联剂在溶胶中的应用研究

采用激光粒度仪、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外分析测试仪(FTIR)以及紫外可见分光光度计(UV-Vis)等测试手段,研究了在酸性条件下制备SiO2溶胶过程中硅烷偶联剂(KH-570)对二氧化硅(SiO2)溶胶性能的影响.结果表明:加入硅烷偶联剂改性的SiO2溶胶体系分散均匀无团簇,并且由此制得的SiO2薄膜透光率高于没有经过改性的薄膜.