高性能热塑性树脂乳液上浆剂的制备与性能研究
发布时间：2021-11-12 06:55
本文采用转相乳化的方法,以杂萘联苯共聚芳醚砜（PPBES）为主浆料,制备了一种热塑性乳液上浆剂。讨论了乳化剂种类、乳化剂含量、乳化温度、剪切速率、PPBES分子量对乳液性能的影响,并确定了上浆剂的最佳浓度。结果表明:当十八烷基三甲基氯化铵（STAC）作为乳化剂,乳化剂质量分数为树脂含量的18.75%,乳化温度为25℃,搅拌速率为11000 r/min,PPBES数均分子量为5000时,乳液平均粒径为110.5 nm,离心沉淀质量分数为2.01%,Zeta电位为55.1 mV;碳纤维表面能达到49.02 mJ/m2,上浆剂最佳浓度为1.0%,复合材料弯曲强度和层间剪切强度达到1824 MPa和80.2 MPa,分别提高了13.0%和9.4%。
【文章来源】：复合材料科学与工程. 2020,(10)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同碳纤维的XPS全谱
使用万能试验机分别对脱浆T700、未处理T700和1.0%浓度上浆剂上浆后的T700制成的复合材料的弯曲强度和层间剪切强度(ILSS)进行了测试,结果如图8所示。相比较于未处理T700,脱浆后的T700弯曲强度从1729 MPa下降到1614 MPa,ILSS从75.9 MPa下降到73.3 MPa;而在PPBES上浆剂上浆后,弯曲强度和ILSS分别提高到1824 MPa和80.2 MPa,分别提高了13.0%和9.4%,比未处理T700弯曲强度和ILSS分别提高了5.5%和5.7%。这是由于脱浆之后纤维表面缺乏活性官能团,与树脂基体间的化学作用较小,浸润性较差;而且纤维表面有很多凹槽和缺陷,这些凹槽和缺陷在复合材料成型时由于树脂熔体粘度高导致树脂很难和纤维充分接触进而产生局部缺陷。通过PPBES上浆剂上浆后,上浆剂在碳纤维表面成膜填充覆盖住纤维表面的缺陷部分,而且上浆剂中的极性基团可以与树脂基体中的极性基团产生较强的次价力;此外主浆料树脂与基体树脂具有相同或相近的结构时,因为“相似相容”会产生较强的内聚力,所以使用PPBES上浆提高了复合材料的界面结合力[18-20]。3.3.2 复合材料弯曲断面微观形貌
图9分别为未处理T700和PPBES上浆T700的CF/PPBES复合材料弯曲断面微观形貌。从图9(a)中可以看到,未处理CF/PPBES复合材料在弯曲破坏后,其断面形貌非常粗糙,部分碳纤维从PPBES树脂基体中拔出并撕裂,碳纤维与树脂基体之间结合疏松,纤维与树脂间的脱粘现象非常明显。而经过PPBES上浆剂上浆后,复合材料的弯曲断面形貌比未处理CF/PPBES有明显区别:其弯曲断面非常整齐,碳纤维与基体之间结合紧凑,没有明显界面破坏的迹象,且降低了纤维与树脂间的脱粘。复合材料弯曲强度测试后的断面形貌结果表明:经过PPBES上浆后,复合材料的界面性能获得了明显的提高,这与弯曲强度和层间剪切强度的结果是一致的。4 结 论
【参考文献】：
期刊论文
[1]热塑性复合材料在航空航天中的应用[J]. Uday Vaidya,李进松,管佳明. 航空制造技术. 2015(14)
[2]国内碳纤维增强热塑性复合材料研究进展[J]. 徐秋红,谭臻,闫烨,刘丽慧,耿志,李云英. 工程塑料应用. 2014(07)
[3]磺化聚醚砜上浆剂对碳纤维/聚醚砜复合材料界面性能的影响[J]. 刘杰,周秀燕,梁节英. 复合材料学报. 2015(02)
[4]碳纤维上浆剂的研究进展[J]. 代志双,李敏,张佐光,石峰晖,张宝艳. 航空制造技术. 2012(20)
[5]十二烷基磺酸钠相反转乳化剂对环氧乳液性能的影响[J]. 朱静燕,高延敏,浦建光,孟祥玲. 上海涂料. 2011(01)
[6]环氧树脂水基分散体系的相反转乳化[J]. 王进,杜宗良,李瑞霞,吴大诚. 功能高分子学报. 2000(02)
[7]双酚A型环氧树脂水基化微粒分析[J]. 杨振忠,赵得禄,徐懋,许元泽. 高等学校化学学报. 1997(09)
硕士论文
[1]PPEK乳液上浆剂的制备与性能表征[D]. 李晓非.哈尔滨工业大学 2012
[2]乙烯基酯树脂乳液碳纤维上浆剂的制备与性能研究[D]. 刘建叶.济南大学 2012
本文编号：3490394
【文章来源】：复合材料科学与工程. 2020,(10)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同碳纤维的XPS全谱
使用万能试验机分别对脱浆T700、未处理T700和1.0%浓度上浆剂上浆后的T700制成的复合材料的弯曲强度和层间剪切强度(ILSS)进行了测试,结果如图8所示。相比较于未处理T700,脱浆后的T700弯曲强度从1729 MPa下降到1614 MPa,ILSS从75.9 MPa下降到73.3 MPa;而在PPBES上浆剂上浆后,弯曲强度和ILSS分别提高到1824 MPa和80.2 MPa,分别提高了13.0%和9.4%,比未处理T700弯曲强度和ILSS分别提高了5.5%和5.7%。这是由于脱浆之后纤维表面缺乏活性官能团,与树脂基体间的化学作用较小,浸润性较差;而且纤维表面有很多凹槽和缺陷,这些凹槽和缺陷在复合材料成型时由于树脂熔体粘度高导致树脂很难和纤维充分接触进而产生局部缺陷。通过PPBES上浆剂上浆后,上浆剂在碳纤维表面成膜填充覆盖住纤维表面的缺陷部分,而且上浆剂中的极性基团可以与树脂基体中的极性基团产生较强的次价力;此外主浆料树脂与基体树脂具有相同或相近的结构时,因为“相似相容”会产生较强的内聚力,所以使用PPBES上浆提高了复合材料的界面结合力[18-20]。3.3.2 复合材料弯曲断面微观形貌
图9分别为未处理T700和PPBES上浆T700的CF/PPBES复合材料弯曲断面微观形貌。从图9(a)中可以看到,未处理CF/PPBES复合材料在弯曲破坏后,其断面形貌非常粗糙,部分碳纤维从PPBES树脂基体中拔出并撕裂,碳纤维与树脂基体之间结合疏松,纤维与树脂间的脱粘现象非常明显。而经过PPBES上浆剂上浆后,复合材料的弯曲断面形貌比未处理CF/PPBES有明显区别:其弯曲断面非常整齐,碳纤维与基体之间结合紧凑,没有明显界面破坏的迹象,且降低了纤维与树脂间的脱粘。复合材料弯曲强度测试后的断面形貌结果表明:经过PPBES上浆后,复合材料的界面性能获得了明显的提高,这与弯曲强度和层间剪切强度的结果是一致的。4 结 论
【参考文献】：
期刊论文
[1]热塑性复合材料在航空航天中的应用[J]. Uday Vaidya,李进松,管佳明. 航空制造技术. 2015(14)
[2]国内碳纤维增强热塑性复合材料研究进展[J]. 徐秋红,谭臻,闫烨,刘丽慧,耿志,李云英. 工程塑料应用. 2014(07)
[3]磺化聚醚砜上浆剂对碳纤维/聚醚砜复合材料界面性能的影响[J]. 刘杰,周秀燕,梁节英. 复合材料学报. 2015(02)
[4]碳纤维上浆剂的研究进展[J]. 代志双,李敏,张佐光,石峰晖,张宝艳. 航空制造技术. 2012(20)
[5]十二烷基磺酸钠相反转乳化剂对环氧乳液性能的影响[J]. 朱静燕,高延敏,浦建光,孟祥玲. 上海涂料. 2011(01)
[6]环氧树脂水基分散体系的相反转乳化[J]. 王进,杜宗良,李瑞霞,吴大诚. 功能高分子学报. 2000(02)
[7]双酚A型环氧树脂水基化微粒分析[J]. 杨振忠,赵得禄,徐懋,许元泽. 高等学校化学学报. 1997(09)
硕士论文
[1]PPEK乳液上浆剂的制备与性能表征[D]. 李晓非.哈尔滨工业大学 2012
[2]乙烯基酯树脂乳液碳纤维上浆剂的制备与性能研究[D]. 刘建叶.济南大学 2012
本文编号：3490394
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