高性(xing)能(neng)碳(tan)(tan)纖(xian)維(wei)工(gong)(gong)業化(hua)生產(chan)(chan)制備中，上(shang)漿(jiang)劑(ji)配套(tao)選擇是(shi)極其重要(yao)的(de)(de)工(gong)(gong)藝環節。使(shi)用專用的(de)(de)系列(lie)化(hua)上(shang)漿(jiang)劑(ji)產(chan)(chan)品，可以調節碳(tan)(tan)纖(xian)維(wei)的(de)(de)開纖(xian)性(xing)、擴幅性(xing)、耐磨性(xing)、韌性(xing)等工(gong)(gong)藝性(xing)能(neng)，滿足碳(tan)(tan)纖(xian)維(wei)在后(hou)續編織(zhi)、鋪層、纏繞、拉擠等復合(he)(he)材料(liao)制造工(gong)(gong)藝的(de)(de)加工(gong)(gong)要(yao)求。另(ling)外(wai)，碳(tan)(tan)纖(xian)維(wei)表(biao)面(mian)(mian)處理與上(shang)漿(jiang)劑(ji)的(de)(de)應(ying)用性(xing)能(neng)匹配，可以針對不同(tong)復合(he)(he)材料(liao)樹脂體(ti)系，提高碳(tan)(tan)纖(xian)維(wei)的(de)(de)基體(ti)樹脂浸潤性(xing)和固(gu)化(hua)成形(xing)所得復合(he)(he)材料(liao)的(de)(de)界面(mian)(mian)黏結強(qiang)度(du)。

目前，上(shang)(shang)漿(jiang)(jiang)劑作為(wei)碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)工(gong)程化的(de)(de)配套助(zhu)劑，已(yi)經成(cheng)為(wei)調(diao)節(jie)碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)工(gong)程化制備、碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)性能(neng)(neng)、纖(xian)維(wei)(wei)增強復(fu)(fu)合材料制造(zao)工(gong)程以(yi)及(ji)最(zui)終應(ying)(ying)用性能(neng)(neng)的(de)(de)關鍵(jian)因素之(zhi)一，也是(shi)(shi)國外碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)生產廠家的(de)(de)核(he)心(xin)技術秘密。國內(nei)市場上(shang)(shang)的(de)(de)碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)上(shang)(shang)漿(jiang)(jiang)劑是(shi)(shi)以(yi)環氧樹脂(zhi)為(wei)主(zhu)體樹脂(zhi)，通過加入表面活(huo)性劑等制備成(cheng)的(de)(de)水性環氧乳液型上(shang)(shang)漿(jiang)(jiang)劑。但該類上(shang)(shang)漿(jiang)(jiang)劑僅能(neng)(neng)滿足低等級碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)、傳統(tong)環氧樹脂(zhi)基復(fu)(fu)合材料的(de)(de)一般需求，對(dui)各種復(fu)(fu)雜產品(pin)(pin)及(ji)工(gong)藝的(de)(de)適(shi)應(ying)(ying)性較差。在國內(nei)外高性能(neng)(neng)碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)產業發展的(de)(de)現階段(duan)，主(zhu)要(yao)的(de)(de)核(he)心(xin)競(jing)爭點是(shi)(shi)能(neng)(neng)否提供(gong)具(ju)有廣(guang)闊(kuo)上(shang)(shang)漿(jiang)(jiang)劑譜系的(de)(de)碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)產品(pin)(pin)，特別是(shi)(shi)具(ju)有獨(du)特性能(neng)(neng)和(he)應(ying)(ying)用領域的(de)(de)新(xin)型上(shang)(shang)漿(jiang)(jiang)劑上(shang)(shang)漿(jiang)(jiang)的(de)(de)碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)。

基于上(shang)(shang)述原因，中國石化上(shang)(shang)海(hai)石油化工(gong)股份有(you)限公司(以(yi)下簡稱上(shang)(shang)海(hai)石化)碳纖維事業部針對(dui)自產碳纖維獨特的主體及(ji)(ji)表面性能，開(kai)展(zhan)上(shang)(shang)漿劑研制(zhi)及(ji)(ji)應用(yong)研究，形成(cheng)具有(you)完全知識產權的相(xiang)關技(ji)術及(ji)(ji)產品(pin)，工(gong)藝應用(yong)性能均達到(dao)或超過國外同類產品(pin)水平。

1試驗部分

1.1上(shang)漿(jiang)劑的制(zhi)備

首(shou)先(xian)通過異氰(qing)酸(suan)酯(zhi)、聚酯(zhi)多元醇、不飽(bao)和酸(suan)等共聚或共混改性(xing)環氧(yang)樹(shu)脂(zhi)，然后采用轉相乳(ru)化法，在高剪切分散(san)乳(ru)化機中，制備成以水為(wei)溶劑的聚氨酯(zhi)改性(xing)環氧(yang)樹(shu)脂(zhi)、聚酯(zhi)改性(xing)環氧(yang)樹(shu)脂(zhi)、不飽(bao)和酯(zhi)改性(xing)環氧(yang)樹(shu)脂(zhi)乳(ru)液型碳纖維(wei)上漿劑。

1.2上漿碳纖維的制備

采用中(zhong)國科學(xue)院上(shang)海有(you)機(ji)化學(xue)研究(jiu)所的兩絲束(shu)高性能纖維模擬上(shang)漿試(shi)驗線、上(shang)海石化碳纖維事業部碳纖維聯合裝置500 t/a碳纖維生(sheng)產(chan)線進行上(shang)漿纖維的制備(bei)。

1.3測試分析

1.3.1上(shang)漿劑乳(ru)液性能(neng)測試分(fen)析

(1)平均粒徑及(ji)粒徑分布指數(shu)

采用英國(guo)Malvern公司ZetasizerNano激光粒度儀測試，測試溫度24～26℃，恒溫時(shi)間2 min。

(2)pH

采用美國梅特勒公(gong)司METTLERTOLEDO320 pH計測(ce)試，測(ce)試溫度25℃。

(3)表面張力

采用芬蘭Kibron公司Delta-8全自動高通量表面張力儀測試(shi)，選擇(ze)Wilhelmy吊片法，測試(shi)溫度(du)25℃。

(4)紅外光譜與(yu)核磁共振分(fen)析

將上(shang)漿(jiang)劑(ji)乳液置于105～115℃的高溫熱風烘(hong)(hong)箱(xiang)中(zhong)(zhong)烘(hong)(hong)燥，直至水分完(wan)全脫(tuo)除(chu)獲得(de)上(shang)漿(jiang)劑(ji)烘(hong)(hong)干物(wu)。采用(yong)(yong)美(mei)國Thermo公司(si)NicoletIs5紅(hong)外光譜分析儀(yi)測試，波數400～4 000 cm-1，掃(sao)描32次。將烘(hong)(hong)干物(wu)充(chong)分溶解于指定的氘代試劑(ji)中(zhong)(zhong)，采用(yong)(yong)BrukerAV500核磁共振儀(yi)掃(sao)描測試。

(5)黏(nian)度

采用美國Brookfield DV++Pro型旋轉(zhuan)黏度計測試，取3～4 mL樣品(pin)(pin)置于樣品(pin)(pin)池中(zhong)，選用13#轉(zhuan)子(zi)，測試溫(wen)度25℃。

1.3.2上漿碳纖維性(xing)能測試(shi)分析(xi)

(1)表面形貌

采用JSM-6390LV掃描電子顯微鏡(SEM)，測試上漿碳纖(xian)維的表面形貌特征(zheng)，噴金時(shi)間(jian)30 s。

(2)上漿量

采(cai)用(yong)SP10高溫上漿(jiang)量測試儀(yi)，使(shi)纖(xian)維表面上漿(jiang)劑在高溫下熱(re)解(jie)脫除，得到上漿(jiang)量測試結(jie)果(guo)。熱(re)解(jie)溫度450℃，熱(re)解(jie)時間15 min，熱(re)解(jie)全程采(cai)用(yong)高純氮氣保護。

(3)耐磨(mo)性

采用定制(zhi)TM-200H改(gai)進(jin)型高速(su)紗線摩擦試驗機，測試碳纖維(wei)在(zai)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)輥表面連續摩擦的磨斷(duan)次(ci)數(shu)。纖維(wei)與(yu)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)棍(gun)摩擦包角117°，往復速(su)度300 r/min，不(bu)銹(xiu)鋼(gang)磨輥直徑(jing)3 mm。

(4)層間剪切強度

參照國標《單向增強纖維增強塑料層間剪切強度試驗方法》(GB 3357—1982)，制備成單向纖維增強樹脂樣(yang)條，采用三點彎(wan)曲模(mo)式(shi)進行測試。 

(5)集束性(xing)與擴(kuo)幅(fu)性(xing)

用(yong)手(shou)感目測法(fa)對上漿(jiang)后碳纖維的集束(shu)性(xing)與(yu)擴幅性(xing)進行評級(ji)，等級(ji)為(wei)“很(hen)好-良好-不良-較(jiao)差”。

(6)毛絲(si)量

將碳(tan)纖(xian)維夾(jia)在(zai)2枚聚氨酯海(hai)綿(mian)(mian)間，使纖(xian)維以0.5 m/min的(de)速度在(zai)海(hai)綿(mian)(mian)內通過，測量海(hai)綿(mian)(mian)前后的(de)質(zhi)量差為毛絲量，預加張力1 g/tex。

(7)X射線光電子能(neng)譜分(fen)析

采用ULVAC-PHI.INC PHI5000 VersaProbe X射線光電子(zi)能(neng)譜儀(yi)，單色器鋰鈀，電源功率為(wei)200 W，剩余真(zhen)空度1.3×10-6Pa，能(neng)量分辨率0.5 eV，測(ce)樣深度約5 nm。

(8)界面剪切強度

采用日本東榮產業公司MODEL HM410界面性能(neng)評價裝置進行測試，選用的(de)基體樹脂為環(huan)氧樹脂AG80、酚醛樹脂2123、雙馬來(lai)酰亞胺樹脂6421。

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）