碳纤维复合材料表面上浆剂法分析

  碳纤维表面改性能够在碳纤维表面引入化学活性基团和纳米增强颗粒,从而提高碳纤维的表面化学活性.表面可浸润性.表面粗糙度改善树脂基体与碳纤维的结合力最终提高复合材料的界面性能,常见的表面改性方法有上浆剂法、纳米微粒改性法、表面氧化法、等离子体处理法等。

  上浆剂通常是一种或多种能成膜的聚合物,可直接涂覆于碳纤维表面以增强碳纤维和树脂基体的浸润性。然而,目前的商用碳纤维上浆剂主要针对于热固性树脂基体而开发与热塑性树脂基体相容性较差.且不耐高温无法满足高性能热塑性复合材料成型工艺需求。因而开发适用于高性能热塑性复合材料的上浆剂是目前复合材料界面改性研究的热点之一。

  聚醚酰亚胺(PEI)具有良好的热稳定性,并且与很多热塑性树脂有较好的相容性,具有制备高性能热塑性.上浆剂的潜力。通过乳液/溶剂蒸发技术制备了一系列基于PEI的水性上浆剂。这种.上浆剂具有优良的稳定性和成膜性,显著改善了碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料的界面性能。

  使用主要成分与树脂基体具有相似化学结构的上浆剂也能够有效改善复合材料的界面性能。使用主要成分为杂萘联苯聚醚酮(PPEK)的上浆剂对碳纤维进行上浆处理并与PPEK树脂基体复合制备了CF/PPEK复合材料。与未经上浆处理的CF/PPEK复合材料相比。上浆处理后的CF/PPEK复合材料的界面剪切强度从42.33MPa提高到51.49MPa增幅可达21.6%。使用主要成分为聚醚砜(PES)的上浆剂处理碳纤维上浆处理后碳纤维的表面自由能增加了28%,CF/PES复合材料的层间剪切强度从33.7 MPa提升至42.5MPa增幅达到26%。

  上浆剂处理方法简单、易于实施界面增强效果明显是工业上碳纤维表面处理的常用方法。然而,目前针对CFRHPTP的上浆剂技术并不成熟,难以实现大规模工业应用。高性能热塑性树脂之间性质有差异对上浆剂的要求也因此有所不同上浆剂普适性较差需针对特定树脂基体单独设计开发匹配的上浆剂;而且高性能热塑性树脂成型加工温度高对上浆剂耐温性能要求苛刻。