2.3不饱和酯改性环氧树脂上浆剂对碳纤维的影响

2.3.1上浆剂制备原理与组成结构

针对不同复合材料基体树脂界面结合能力的需求，上海石化开发了不饱和酯改性环氧树脂上浆剂，采用反丁烯二酸和甲苯二异氰酸酯共聚改性双酚S环氧树脂，引入不饱和官能团增强树脂的界面通用性，引入聚醚基团增强水溶性，并通过有机氟表面活性剂外乳化等方法，制备了具备通用性的不饱和酯改性环氧树脂乳液型上浆剂。

测试结果表明，核磁共振谱图在2.8×10-6、3.8×10-6、4.5×10-6、6.9×10-6等处表明含有环氧、羟基、醚、不饱和双键等基团，红外光谱在935 cm-1、1 104 cm-1、1 719cm-1、3 355cm-1处出现环氧、羟基、醚、聚氨酯等特征吸收峰，可见上浆剂组分结构中含有环氧基、羟基、醚、不饱和双键、异氰酸酯等多种功能性基团，和环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰胺树脂等常用复合材料基体树脂均具备良好的界面结合力，通用性良好。

2.3.2上浆剂乳液的性能评价

制备的不饱和酯改性环氧树脂上浆剂乳液的性能测试结果见表5，粒径及分布测试结果见图5。

由表5结果可见：不饱和酯改性环氧树脂上浆剂为微乳液，平均粒径更小，离心沉淀量低，更易长时间储存应用；可在较宽的pH范围内保持稳定，热失重程度小，耐温性高，可满足各种不同复合材料树脂基体高温、中温、低温加工工艺的需求。

2.3.3上浆剂对碳纤维性能的影响

采用制备的不饱和酯改性环氧树脂上浆剂制备的上浆碳纤维，其表面X射线光电子能谱(XPS)分析测试结果见表6所示。采用进口环氧树脂、酚醛树脂和双马来酰亚胺树脂上浆剂后，上浆碳纤维的界面剪切强度分别为150.7 MPa、122.9 MPa、149.0 MPa；采用环氧树脂、酚醛树脂和双马来酰亚胺等不饱和酯改性环氧树脂上浆剂上浆后，上浆碳纤维的界面剪切强度分别为173.0 MPa、157.7 MPa、184.8 MPa。

X射线光电子能谱分析测试结果表明，上浆后碳纤维表面由非极性转变为极性，C含量大幅降低，O含量显著提高。与进口碳纤维相比，不饱和酯改性环氧树脂上浆碳纤维具有更高的O含量，表明不饱和酯改性环氧树脂上浆剂的极性官能团含量更多。

界面剪切强度测试结果表明，与进口上浆剂相比，不饱和酯改性环氧树脂上浆碳纤维与环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂的界面性能均有显著提高。

采用进口上浆剂和不饱和酯改性环氧树脂上浆剂制备的上浆碳纤维复合材料断裂截面见图6～7。

复合材料断裂截面图显示，采用进口上浆剂制备的碳纤维在部分区域未能有效吸附上浆剂组分，出现纤维的滑脱和粘连等不良现象。采用不饱和酯改性环氧树脂上浆剂制备的碳纤维表面均匀涂覆上浆剂高分子，并与酚醛基体树脂粘结成一体，纤维很难从树脂中滑脱，界面结合性能良好。测试结果表明，不饱和酯改性环氧树脂上浆剂能有效改善上浆碳纤维与不同基体树脂的适用性，具有更好的通用性。

3结论

(1)聚氨酯改性环氧树脂上浆剂，其树脂结构含有活性环氧基团和极性氨基甲酸酯键，环氧组分提供了基本的集束和扩幅能力，聚氨酯结构大幅度提高了纤维集束、耐磨和韧性，并且容易通过异氰酸酯组分用量的调节，进行针对性的改善和优化，上浆碳纤维加工性能达到同类进口纤维水平。同时，该上浆剂不需要在后期添加集束剂和现场二次混合，水性乳液上浆剂的应用稳定性良好，碳纤维上浆浸润性好，有利于碳纤维的工业化稳定生产。

(2)聚酯改性环氧树脂碳纤维乳液上浆剂，主成分由聚酯多元醇和环氧树脂组合而成，同时含有具有优异的乳化性能和极低的浸润性能的双酚A聚醚阴离子表面活性剂，实现了上浆剂的超低表面张力和快速上浆，显著改善上浆均匀性，有效提高生产效率和产品稳定性。

(3)不饱和酯改性环氧树脂碳纤维乳液上浆剂，采用不饱和酸和多异氰酸酯共聚改性环氧树脂、有机氟表面活性剂外乳化，上浆剂组分结构中含有环氧基、羟基、醚、不饱和双键、异氰酸酯等多种功能性基团，上浆后的碳纤维与环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂等常用复合材料基体树脂均具备优异的界面结合力、良好的通用性，具有广阔的工业应用前景。

(4)聚氨酯改性环氧树脂、聚酯改性环氧树脂、不饱和酯改性环氧树脂系列碳纤维专用上浆剂，可以进一步满足国内外碳纤维及复合材料制备厂家的需求，培育和引导与自身碳纤维产品特色相配合的功能助剂产业，全面提升上海石化在我国新材料产业链的竞争力和影响力。

改性环氧树脂乳液型碳纤维上浆剂制备、表面张力、黏度等性能测试（一）

改性环氧树脂乳液型碳纤维上浆剂制备、表面张力、黏度等性能测试（二）

改性环氧树脂乳液型碳纤维上浆剂制备、表面张力、黏度等性能测试（三）