2.3不飽和酯改性環氧樹脂上漿劑對碳纖維的影響

2.3.1上漿劑制備原理與組成結構

針對不同復合材料基體樹脂界面結合能力的需求，上海石化開發了不飽和酯改性環氧樹脂上漿劑，采用反丁烯二酸和甲苯二異氰酸酯共聚改性雙酚S環氧樹脂，引入不飽和官能團增強樹脂的界面通用性，引入聚醚基團增強水溶性，并通過有機氟表面活性劑外乳化等方法，制備了具備通用性的不飽和酯改性環氧樹脂乳液型上漿劑。

測試結果表明，核磁共振譜圖在2.8×10-6、3.8×10-6、4.5×10-6、6.9×10-6等處表明含有環氧、羥基、醚、不飽和雙鍵等基團，紅外光譜在935 cm-1、1 104 cm-1、1 719cm-1、3 355cm-1處出現環氧、羥基、醚、聚氨酯等特征吸收峰，可見上漿劑組分結構中含有環氧基、羥基、醚、不飽和雙鍵、異氰酸酯等多種功能性基團，和環氧樹脂、酚醛樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、聚酰胺樹脂等常用復合材料基體樹脂均具備良好的界面結合力，通用性良好。

2.3.2上漿劑乳液的性能評價

制備的不飽和酯改性環氧樹脂上漿劑乳液的性能測試結果見表5，粒徑及分布測試結果見圖5。

由表5結果可見：不飽和酯改性環氧樹脂上漿劑為微乳液，平均粒徑更小，離心沉淀量低，更易長時間儲存應用；可在較寬的pH范圍內保持穩定，熱失重程度小，耐溫性高，可滿足各種不同復合材料樹脂基體高溫、中溫、低溫加工工藝的需求。

2.3.3上漿劑對碳纖維性能的影響

采用制備的不飽和酯改性環氧樹脂上漿劑制備的上漿碳纖維，其表面X射線光電子能譜(XPS)分析測試結果見表6所示。采用進口環氧樹脂、酚醛樹脂和雙馬來酰亞胺樹脂上漿劑后，上漿碳纖維的界面剪切強度分別為150.7 MPa、122.9 MPa、149.0 MPa；采用環氧樹脂、酚醛樹脂和雙馬來酰亞胺等不飽和酯改性環氧樹脂上漿劑上漿后，上漿碳纖維的界面剪切強度分別為173.0 MPa、157.7 MPa、184.8 MPa。

X射線光電子能譜分析測試結果表明，上漿后碳纖維表面由非極性轉變為極性，C含量大幅降低，O含量顯著提高。與進口碳纖維相比，不飽和酯改性環氧樹脂上漿碳纖維具有更高的O含量，表明不飽和酯改性環氧樹脂上漿劑的極性官能團含量更多。

界面剪切強度測試結果表明，與進口上漿劑相比，不飽和酯改性環氧樹脂上漿碳纖維與環氧樹脂、酚醛樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂的界面性能均有顯著提高。

采用進口上漿劑和不飽和酯改性環氧樹脂上漿劑制備的上漿碳纖維復合材料斷裂截面見圖6～7。

復合材料斷裂截面圖顯示，采用進口上漿劑制備的碳纖維在部分區域未能有效吸附上漿劑組分，出現纖維的滑脫和粘連等不良現象。采用不飽和酯改性環氧樹脂上漿劑制備的碳纖維表面均勻涂覆上漿劑高分子，并與酚醛基體樹脂粘結成一體，纖維很難從樹脂中滑脫，界面結合性能良好。測試結果表明，不飽和酯改性環氧樹脂上漿劑能有效改善上漿碳纖維與不同基體樹脂的適用性，具有更好的通用性。

3結論

(1)聚氨酯改性環氧樹脂上漿劑，其樹脂結構含有活性環氧基團和極性氨基甲酸酯鍵，環氧組分提供了基本的集束和擴幅能力，聚氨酯結構大幅度提高了纖維集束、耐磨和韌性，并且容易通過異氰酸酯組分用量的調節，進行針對性的改善和優化，上漿碳纖維加工性能達到同類進口纖維水平。同時，該上漿劑不需要在后期添加集束劑和現場二次混合，水性乳液上漿劑的應用穩定性良好，碳纖維上漿浸潤性好，有利于碳纖維的工業化穩定生產。

(2)聚酯改性環氧樹脂碳纖維乳液上漿劑，主成分由聚酯多元醇和環氧樹脂組合而成，同時含有具有優異的乳化性能和極低的浸潤性能的雙酚A聚醚陰離子表面活性劑，實現了上漿劑的超低表面張力和快速上漿，顯著改善上漿均勻性，有效提高生產效率和產品穩定性。

(3)不飽和酯改性環氧樹脂碳纖維乳液上漿劑，采用不飽和酸和多異氰酸酯共聚改性環氧樹脂、有機氟表面活性劑外乳化，上漿劑組分結構中含有環氧基、羥基、醚、不飽和雙鍵、異氰酸酯等多種功能性基團，上漿后的碳纖維與環氧樹脂、酚醛樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂等常用復合材料基體樹脂均具備優異的界面結合力、良好的通用性，具有廣闊的工業應用前景。

(4)聚氨酯改性環氧樹脂、聚酯改性環氧樹脂、不飽和酯改性環氧樹脂系列碳纖維專用上漿劑，可以進一步滿足國內外碳纖維及復合材料制備廠家的需求，培育和引導與自身碳纖維產品特色相配合的功能助劑產業，全面提升上海石化在我國新材料產業鏈的競爭力和影響力。

改性環氧樹脂乳液型碳纖維上漿劑制備、表面張力、黏度等性能測試（一）

改性環氧樹脂乳液型碳纖維上漿劑制備、表面張力、黏度等性能測試（二）

改性環氧樹脂乳液型碳纖維上漿劑制備、表面張力、黏度等性能測試（三）