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水性环氧树脂碳纤维上浆剂

作　者: 李超
导　师: 郭腊梅
学　校: 东华大学
专　业: 纺织工程
关键词: 碳纤维水性环氧树脂上浆剂性能
分类号: TQ340.65
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

碳纤维具有高强高模、耐高温的性能,被广泛应用于各个领域。然而,碳纤维伸长率低且脆,在加工过程中受到反复弯曲、摩擦容易造成单丝断裂和毛丝。制备纤维增强复合材料时,碳纤维的毛丝会阻碍基体树脂对碳纤维的润湿,从而导致制得的复合材料力学性能欠佳。为了解决这个问题,碳纤维需要进行上浆处理。传统的碳纤维上浆剂多采用丙酮作为溶剂,但是以丙酮作为溶剂不仅加大了生产成本,而且由于丙酮易挥发使得上浆剂的浓度不断变化,污染环境并存在火灾隐患,而采用水作为溶剂则不存在以上问题,因此以水为溶剂或分散介质的水性环氧树脂上浆剂愈来愈受到重视。近些年关于水性环氧树脂上浆剂的研究多采用外加乳化剂法制备水性环氧树脂上浆剂,通过化学改性方法制备具有自乳化功能的水性环氧树脂上浆剂的研究较少。虽然乳化剂在碳纤维上浆过程中能够提高纤维的润湿速度,但是残留的乳化剂等小分子非活性物质会影响最终产品的耐化学性和耐水性能,具有自乳化性能的水性环氧树脂作为上浆剂则不存在以上问题。本文通过对环氧树脂进行化学改性的方法,制备具有自乳化性能的改性环氧树脂。将具有亲水性的二乙醇胺与环氧树脂进行反应生成环氧-胺加成物,再用冰乙酸中和成盐。通过测试环氧基转化率确定改性反应的反应温度、反应时间和反应物比。再将改性环氧树脂配成水性体系,研究了水性体系的稳定性、粘度和稀释性等性能。将固含量60%的水性体系稀释至固含量3%的水性体系,得到水性环氧树脂上浆剂。根据碳纤维上浆剂的性能要求,测试表征了上浆剂的稳定性、粘度、pH值、粒径分布和成膜性能。将自制水性环氧树脂上浆剂对碳纤维进行上浆,并与环氧树脂／丙酮上浆剂对比,研究了上浆剂对碳纤维性能的影响,包括：上浆率、纤维表面、耐磨性能、毛丝量、拉伸性能和界面性能。结果表明,采用自制水性环氧树脂上浆剂的碳纤维性能优于环氧树脂／丙酮上浆剂：其上浆率更稳定；浆液在碳纤维单丝表面形成了光滑、完整的浆膜,能够有效地保护碳纤维；大幅减少了碳纤维束的毛丝量,提高了纤维的耐磨性能；碳纤维的拉伸强度也有所提高；充分发挥过渡层的作用,提高了基体和纤维之间的界面剪切强度,满足了碳纤维用于编织、复合材料等用途时的性能要求。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-27
  1.1 引言  11-14
  1.2 碳纤维上浆剂研究现状  14-17
  1.3 环氧树脂概况  17-21
  1.4 水性环氧树脂研究现状  21-25
  1.5 研究目的和目标  25-27
第二章环氧树脂改性反应  27-36
  2.1 环氧树脂的选择  27-28
  2.2 环氧树脂改性原理  28
  2.3 改性环氧树脂的制备  28-30
  2.4 环氧树脂改性反应参数  30-31
  2.5 反应参数的确定  31-35
  2.6 本章小结  35-36
第三章改性环氧树脂水性化研究  36-44
  3.1 改性环氧树脂水性化处理  36-37
  3.2 改性环氧树脂亲水性以及水性体系稳定性  37-40
  3.3 改性环氧树脂的粘度  40-42
  3.4 改性环氧树脂稀释特性  42-43
  3.5 加水方式对水性体系的影响  43
  3.6 本章小结  43-44
第四章环氧树脂上浆剂及其性能表征  44-48
  4.1 水性环氧树脂上浆剂的制备  44
  4.2 水性环氧树脂上浆剂性能表征  44-47
  4.3 本章小结  47-48
第五章碳纤维上浆及其性能测试分析  48-63
  5.1 碳纤维的上浆  48-49
  5.2 上浆率  49-51
  5.3 碳纤维表面  51-53
  5.4 碳纤维的耐磨性能和毛丝量  53-56
  5.5 碳纤维的拉伸性能  56-60
  5.6 碳纤维的界面性能  60-62
  5.7 本章小结  62-63
第六章结论与展望  63-65
  6.1 结论  63
  6.2 不足与展望  63-65
参考文献  65-68
攻读硕士学位期间研究成果  68-69
致谢  69-70
学位论文修改说明  70

水性环氧树脂碳纤维上浆剂

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