上浆剂是制备碳纤维复合材料时会用到的一种添加剂，在碳纤维原丝出厂前会在表面涂抹一层，以防止原丝起毛，利于收卷和运输之用。上浆剂并不是固定的，目前多以环氧树脂使用较多，但此类上浆剂对于制备热塑性碳纤维复合材料并无益处，需要在制备前去除。
 
制备热塑性碳纤维，这3类上浆剂可行性较高
 
    热塑性碳纤维以热塑性树脂作为基体材料，只有充分浸润碳纤维，才能形成物理结构较为稳定的复合材料。浸润率提升一直以来都是阻碍高性能热塑性碳纤维复合材料制备的难题，若依旧采用上浆剂从中调和的方式，来增加碳纤维与树脂接触的界面强度，哪些上浆剂是较为匹配的呢？
 
    大家知道碳纤维本身的惰性较强，而上浆剂的施用可以在提升碳纤维表面的表面能，改善其表面粗糙程度。上浆剂的施加可以利用其自带的化学特性，在基体间发生扩散，促使碳纤维与基体形成分子链缠结，宏观的效果就是上面提到的提升界面强度，使得热塑性树脂达到较好的浸润效果，完成热塑性碳纤维复合材料的制备。
 
    制备热塑性碳纤维，这3类上浆剂可行性较高
 
    上文中也提到原先使用的环氧树脂类上浆剂并不是适用于热塑性碳纤维的制备，去除表面附着的环氧树脂上浆剂后，需要施加新型品类的上浆剂，国内外多家机构经过大量的实验发现，下面这3类上浆剂，可以更好的促进热塑性树脂的浸润。
 
制备热塑性碳纤维，这3类上浆剂可行性较高
 
    1、本体型上浆剂
 
    对于高性能热塑性复合材料，选择能够与基体适配的上浆剂体系进行界面改性是一种较好的思路。聚醚酰亚胺（PEI）是一种非晶态高性能热塑性高分子材料，利用聚醚酰亚胺（PEI）的溶液或乳液能够直接制备成上浆剂，对CF/PEI体系进行上浆。
 
    将聚醚酰亚胺（PEI）调配成具有良好稳定性的乳液，采用聚醚酰亚胺（PEI）乳液在纤维表面涂覆均匀以完成上浆，PEI上浆使界面剪切强度有明显的的提升，聚醚酰亚胺（PEI）在上浆剂和基体中良好的互溶性增加了碳纤维表面的润湿性，对改善界面性能有积极作用。
 
    根据国内从事热塑性碳纤维复合材料研究的机构数据显示，聚醚酰亚胺（PEI）上浆可促使界面剪切强度由56.65 MPa提升至67.04 MPa，提升了18.34%。
 
制备热塑性碳纤维，这3类上浆剂可行性较高
 
    2、互溶型上浆剂
 
    互溶型上浆剂是利用既能够与基体互溶，又可以溶解于其他溶剂的高分子材料制备的上浆剂，在复合材料的加工过程中，上浆剂能够与基体间形成分子链缠结，从而增强界面相互作用。聚醚酰亚胺（PEI）具有与聚醚醚酮（PEEK）以任意比例混溶的特性，因而有潜力成为聚醚醚酮（PEEK）基体的上浆剂。聚醚酰亚胺（PEI）上浆剂对CF/PEEK复合材料的界面强度是否有提升作用呢？
 
    利用N-甲基吡咯烷酮将聚醚酰亚胺（PEI）溶解，配制成不同浓度的溶液后对碳纤维进行上浆处理，再通过加热除去溶剂。上浆后，碳纤维表面粗糙度及表面能有所提升，界面剪切强度由55.1 MPa上升至最高64.5 MPa，提升了17.1%。聚醚酰亚胺（PEI）上浆后在碳纤维表面增加了凸起，并且能够与聚醚醚酮（PEEK）分子链在加工过程中充分缠结，实现了界面处的增强。
 
制备热塑性碳纤维，这3类上浆剂可行性较高
 
    3、纳米粒子复合型上浆剂
 
    为了进一步提升界面性能，有学者尝试在上浆的同时添加纳米材料，改变纤维表面的几何结构，以期既加强浸润性，又提升粗糙度。一系列含有纳米粒子的上浆剂被设计和研究出来，并在实验中应用于界面改性工作中。通过调整纳米粒子的形态、种类及含量，界面强度能够得到改善。
 
    聚醚酰亚胺（PEI）/氧化石墨烯（GO）复合型上浆剂在界面处具备多种效应，聚醚酰亚胺（PEI）能够与聚醚醚酮（PEEK）进行互溶扩散与分子链缠结，形成了良好的界面结合，增大了分子间作用力；氧化石墨烯（GO）在界面相可以起到阻碍裂纹扩展的作用，对界面增强具有重要的作用。在上浆剂中掺混纳米粒子有助于界面处纳米粒子的固定，但上浆剂聚合物可能遮蔽部分纳米粒子，减弱了界面处粗糙度的提升。
 
    制备热塑性碳纤维复合材料，选择合适的上浆剂只是第一步，它存在的意义是提升界面强度，为碳纤维和热塑性树脂的分子链缠结提供有力的辅助。
 
    文章转载说明：本文由东台智上原创编辑发布，版权所有，未经允许不得转载。