水溶性环氧上浆剂对碳纤维复合材料性能影响

发布时间：2021-03-07 15:33

　　以邻苯二甲酸酐、聚乙二醇2000和环氧树脂E51为原料,制备了水性环氧树脂型上浆剂,使用真空袋成型工艺制备了碳纤维环氧树脂复合材料。分别从热稳定性、接触角表面自由能、碳纤维表面形貌及其复合材料断面形貌和力学性能等方面研究了上浆后的碳纤维环氧复合材料性能。结果表明:上浆剂分解温度在300℃左右时,上浆后的碳纤维热稳定性好;与水的接触角从71.4°降低到65.1°,表面自由能从32.2 mN/m增加到了38.9 mN/m;其环氧树脂复合材料层间剪切强度（ILSS）在上浆质量分数为6wt%时达到最大值（88.6 MPa）,相比未上浆碳纤维（80.3 MPa）提高了10.3%。 

【文章来源】：复合材料科学与工程. 2020,(11)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

水性环氧树脂型上浆剂合成路线

采用真空袋成型工艺,主要工艺处理如图2所示。首先将脱模剂均匀地涂抹在玻璃板上,待脱模剂风干后重复3次。称取一定质量的环氧树脂E51和环氧固化剂T31置于烧杯中,并放在烘箱中升温至70 ℃,待粘度下降后,将环氧树脂E51与环氧固化剂T31按照5∶1的质量比进行混合,使用搅拌机均匀搅拌后,置于烘箱中加热至90 ℃固化15 min后取出备用。将碳纤维布整齐地放置在玻璃板上,在碳纤维布上覆盖一层聚酰亚胺膜,两端用导管连接阀门。将聚酰亚胺膜与玻璃板用胶带进行连接后,一端打开阀门,接入真空泵开始抽真空并排查体系是否密闭良好。确认体系气密性后,将另一端导管插入树脂与固化剂的混合液中,打开阀门让树脂和固化剂混合液流入体系中,待树脂和固化剂混合液充盈整个体系后关闭两端阀门。拔下两端导管,将灌注好树脂的模具放入烘箱中,在120 ℃的条件下固化4 h后,取出冷却进行脱模处理。2.4 分析表征

上浆剂红外光谱曲线如图3所示。相比聚乙二醇,中间产物在1770 cm-1处出现了新的酯键特征峰,在3476 cm-1处羟基特征峰有所减弱,在1150 cm-1处的C-O特征峰有所增强,说明第一步酸酐与羟基正确反应生成了目标中间产物。比较改性前后环氧树脂E51,改性后3486 cm-1处羟基特征峰有所增强,916 cm-1处环氧基特征峰减弱,1157 cm-1处的醚键特征峰明显增强,说明环氧树脂中的环氧基和中间产物的羟基进行开环反应,反应正确进行并生成最终目标产物。3.2 碳纤维上浆前后热稳定性分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车用碳纤维复合材料前防撞梁的轻量化与优化设计[J]. 张鑫,赵晓昱,兰祥,陈玲俐.  玻璃钢/复合材料. 2019(08)
[2]碳纤维表面处理技术研究进展[J]. 周雪松,王亚东,匡培东,蒋爱云,张保丰.  合成纤维工业. 2019(04)
[3]环氧改性水性聚氨酯上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响[J]. 杨洁,吴宁,潘月秀,朱世鹏,焦亚男,陈利.  材料导报. 2019(10)
[4]日本东丽公司开发出新型碳纤维[J]. 钱伯章.  合成纤维工业. 2019(01)
[5]碳纤维复合材料风力发电机叶片振动特性研究[J]. 杨海如,马祥禹,喻国铭,徐仕伟.  玻璃钢/复合材料. 2018(09)
[6]汽车用碳纤维传动轴结构设计与有限元分析[J]. 马祥禹,张锦光,蔡光胜,谭建.  玻璃钢/复合材料. 2017(08)
[7]上浆剂种类及含量对碳纤维表观性能的影响[J]. 欧阳新峰,刘芳,黄兴,齐磊,孙巍.  玻璃钢/复合材料. 2016(05)
[8]碳纤维表面生长碳纳米管及其增强复合材料性能的研究[J]. 范汶鑫,王延相,陈纪强,袁燕,李爱国,王成国.  功能材料. 2015(20)
[9]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[J]. 李娜,王志平,刘刚,张兴祥.  高分子材料科学与工程. 2015(03)
[10]碳纤维及其应用[J]. 周明英.  山东纺织科技. 2000(03)



本文编号：3069370