上浆工艺在早期的生产过程中并不存在,伴随着碳纤维多项优异性能的出现,生产工艺逐步成熟,其强度、刚度、伸长等各项性能的突出,逐渐扩展了碳纤维在纺织行业和复合材料行业的应用领域,迫切需要解决碳纤维的脆性,不耐磨,不易后道工序加工等问题,因此上浆工艺成了碳纤维的生产流程中的必要工序,并日渐成熟。
那么,上浆剂的出现对碳纤维及其复合材料会出现什么样的影响呢?
为得到优异的复合材料综合性能,碳纤维表面上浆剂的浓度不宜过高,高浓度的上浆剂易在碳纤维表面形成较厚浆膜,影响碳纤维的开纤性。浓度也不能过低,浓度太低会影响碳纤维集束性,影响碳纤维的后续加工和耐磨性。目前,研究发现碳纤维上浆浓度有一个最佳值,一般都在0.5%-1.2%,合适的浓度不仅可以改善碳纤维表面毛丝产生和单丝断裂现象,而且还使碳纤维拥有较好的集束性和开纤性,提高其对树脂基体的浸润性,从而明显地改善复合材料界面性能。利用上浆剂的质量分数可推算得出碳纤维上浆层的厚度,其值应在一个适宜的范围内。过厚的上浆层,将会影响碳纤维制品的耐高温性能和复合材料力学强度,而过薄的上浆层会直接影响碳纤维集束性,同时浆层对碳纤维起不到保护的作用,将会出现毛丝多,毛团多,工艺性能差等问题,间接地影响其对树脂中的浸润效果。
一般来讲,上浆能提高碳纤维与树脂基体的浸润性。张敏等采用红外分析得出碳纤维浆料中存在一定的OH键、C=O键和N-H键等活性基团,明显的改善了碳纤维对树脂的浸润性,提高了复合材料界面结合强度。胡培贤等利用多乙稀多胺(HEPA)溶液对碳纤维表面涂层,研究结果表明碳纤维表面经过HEPA涂层处理后,与环氧树脂的接触角变小,浸润性变好。
4、上浆剂对碳纤维复合材料IFSS和ILSS的影响上浆剂种类的不同对纤维界面剪切强度的影响较大。关蓉波等研究了多个种类上浆剂对复合材料界面剪切强度的影响,结果表明种类不同的上浆剂复合材料界面剪切强度有很大差异。这主要与上浆树脂分子的结构有很大关系,与树脂基体匹配的上浆剂能显著的提高碳纤维复合材料的层间剪切强度。李阳等采用不同的环氧树脂上浆剂对碳纤维上浆,并将其经过环氧树脂固化后制成碳纤维单丝复合材料。研究发现上浆后单丝的复合材料界面剪切强度均比裸纤维有所提高,说明上浆剂的存在提高了纤维和树脂界面剪切强度。