上漿工藝在早期的生產(chǎn)過程中并不存在,伴隨著碳纖維多項優(yōu)異性能的出現(xiàn),生產(chǎn)工藝逐步成熟,其強度、剛度、伸長等各項性能的突出,逐漸擴(kuò)展了碳纖維在紡織行業(yè)和復(fù)合材料行業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域,迫切需要解決碳纖維的脆性,不耐磨,不易后道工序加工等問題,因此上漿工藝成了碳纖維的生產(chǎn)流程中的必要工序,并日漸成熟。
那么,上漿劑的出現(xiàn)對碳纖維及其復(fù)合材料會出現(xiàn)什么樣的影響呢?
為得到優(yōu)異的復(fù)合材料綜合性能,碳纖維表面上漿劑的濃度不宜過高,高濃度的上漿劑易在碳纖維表面形成較厚漿膜,影響碳纖維的開纖性。濃度也不能過低,濃度太低會影響碳纖維集束性,影響碳纖維的后續(xù)加工和耐磨性。目前,研究發(fā)現(xiàn)碳纖維上漿濃度有一個最佳值,一般都在0.5%-1.2%,合適的濃度不僅可以改善碳纖維表面毛絲產(chǎn)生和單絲斷裂現(xiàn)象,而且還使碳纖維擁有較好的集束性和開纖性,提高其對樹脂基體的浸潤性,從而明顯地改善復(fù)合材料界面性能。利用上漿劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可推算得出碳纖維上漿層的厚度,其值應(yīng)在一個適宜的范圍內(nèi)。過厚的上漿層,將會影響碳纖維制品的耐高溫性能和復(fù)合材料力學(xué)強度,而過薄的上漿層會直接影響碳纖維集束性,同時漿層對碳纖維起不到保護(hù)的作用,將會出現(xiàn)毛絲多,毛團(tuán)多,工藝性能差等問題,間接地影響其對樹脂中的浸潤效果。
一般來講,上漿能提高碳纖維與樹脂基體的浸潤性。張敏等采用紅外分析得出碳纖維漿料中存在一定的OH鍵、C=O鍵和N-H鍵等活性基團(tuán),明顯的改善了碳纖維對樹脂的浸潤性,提高了復(fù)合材料界面結(jié)合強度。胡培賢等利用多乙稀多胺(HEPA)溶液對碳纖維表面涂層,研究結(jié)果表明碳纖維表面經(jīng)過HEPA涂層處理后,與環(huán)氧樹脂的接觸角變小,浸潤性變好。
4、上漿劑對碳纖維復(fù)合材料IFSS和ILSS的影響上漿劑種類的不同對纖維界面剪切強度的影響較大。關(guān)蓉波等研究了多個種類上漿劑對復(fù)合材料界面剪切強度的影響,結(jié)果表明種類不同的上漿劑復(fù)合材料界面剪切強度有很大差異。這主要與上漿樹脂分子的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系,與樹脂基體匹配的上漿劑能顯著的提高碳纖維復(fù)合材料的層間剪切強度。李陽等采用不同的環(huán)氧樹脂上漿劑對碳纖維上漿,并將其經(jīng)過環(huán)氧樹脂固化后制成碳纖維單絲復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)上漿后單絲的復(fù)合材料界面剪切強度均比裸纖維有所提高,說明上漿劑的存在提高了纖維和樹脂界面剪切強度。