碳纤维表面耐高温上浆剂的工艺研究及其效果评价

【摘要】：随着航空航天事业的发展,对耐高温碳纤维复合材料的需求与日剧增,而碳纤维做成复合材料之前都要对其进行上浆处理,而上浆剂耐热性的好坏直接影响了复合材料界面的性能。目前用于碳纤维的上浆剂以环氧树脂系为主,环氧上浆剂最高只能耐温180℃,而航空领域很多材料需要在250℃高温环境下工作,而目前尚无耐250℃高温碳纤维上浆剂的报道,因此本论文研究制备一种耐250℃以上的碳纤维高温上浆剂具有重要意义。 本论文采用的上浆剂是聚酰胺酰亚胺(PAI)溶液,通过高效液相色谱和红外光谱对浆料分析得出,上浆剂仅含聚酰胺酰亚胺一种主要组分;对上浆剂的耐热性进行分析,得出采用室温→110℃(5h)→210℃(10h)的固化工艺可使浆料耐热超过250℃;通过不同浓度上浆剂对纤维上浆,结果表明质量分数为0.1%为最佳上浆浓度,上浆后纤维具有良好的表面特征,并在250℃下处理24h失重仅为4‰。 采用扫描电子显微镜和原子力显微镜对上浆前后碳纤维表面形貌进行表征,结果表明上浆可以很好的改善纤维的表面形貌;通过将纤维在不同溶剂下的接触角测试,结果表明上浆后纤维的表面能较裸纤维有着较大的提高;XPS测试结果表明上浆后纤维表面的极性增强,从而增强了在树脂基体中的浸润能力;将上浆纤维分别与环氧树脂和双马来酰胺树脂形成的单丝复合材料在250℃处理24h,界面剪切强度仅分别下降2.15%和1.93%,说明两种单丝复合材料耐高温性很好,还对上述两种单丝复合材料进行耐湿热测试,由于水分的渗入,导致界面剪切强度分别下降了30.78%和25.92%,但除去水分后界面剪切强度得到一定的恢复,说明水煮72h后未造成单丝复合材料之间界面的完全开裂。