上漿劑是均勻覆蓋在碳纖維表面的一層薄薄的樹(shù)脂層,其在纖維中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%~1.2%,盡管其含量很低,但對(duì)碳纖維的性能及其編織布、預(yù)浸料的制備、復(fù)合材料的性能都有重要的作用 。
根據(jù)不同的規(guī)格,一束碳纖維中包含成千上萬(wàn)根碳纖維單絲,因此上漿劑的首要功能就是將大量的單絲集束成一束,防止纖維起毛松散,同時(shí)也為碳纖維布以及三維編織體提供可能;另外碳纖維在生產(chǎn)和編織的過(guò)程中會(huì)與多個(gè)滾軸摩擦,如果沒(méi)有上漿劑層的保護(hù),碳纖維單絲很容易斷裂,從而使纖維本體的強(qiáng)度降低 。
碳纖維表面是惰性的類石墨結(jié)構(gòu),雖然這樣的結(jié)構(gòu)使其具有良好的耐腐蝕性,但同時(shí)也使得纖維與樹(shù)脂之間的浸潤(rùn)性降低。因此上漿劑的存在能有效地使碳纖維被樹(shù)脂充分浸潤(rùn),減少預(yù)浸料中的空氣含量,降低復(fù)合材料的孔隙率。
目前廣泛用于表征復(fù)合材料界面性能的兩個(gè)參數(shù)分別為界面剪切強(qiáng)度(IFSS)和層間剪切強(qiáng)度(ILSS)。但還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的理論用于對(duì)復(fù)合材料界面性能的分析。有兩種理論目前被廣泛接受:一是“橋連”理論,即提高兩相之間的分子間作用力;二是能量耗散理論,即通過(guò)使裂紋偏轉(zhuǎn)的方式防止復(fù)合材料直接分層斷裂。上漿劑處于碳纖維與樹(shù)脂之間的過(guò)渡層。
因此根據(jù)這兩種理論,一是通過(guò)分子設(shè)計(jì)提高上漿劑與碳纖維表面、上漿劑與樹(shù)脂之間的分子間作用( 范德華力、氫鍵、化學(xué)鍵) 來(lái)提高復(fù)合材料的界面強(qiáng)度;二是通過(guò)上漿劑分子間交聯(lián)或在上漿劑中添加納米增強(qiáng)體,使上漿劑層的模量提高,當(dāng)裂紋由樹(shù)脂向纖維表面擴(kuò)展時(shí)受到高模量上漿劑層的阻力而使裂紋偏轉(zhuǎn),起到能量耗散的作用,從而使復(fù)合材料的界面性能提高。
根據(jù)不同的規(guī)格,一束碳纖維中包含成千上萬(wàn)根碳纖維單絲,因此上漿劑的首要功能就是將大量的單絲集束成一束,防止纖維起毛松散,同時(shí)也為碳纖維布以及三維編織體提供可能;另外碳纖維在生產(chǎn)和編織的過(guò)程中會(huì)與多個(gè)滾軸摩擦,如果沒(méi)有上漿劑層的保護(hù),碳纖維單絲很容易斷裂,從而使纖維本體的強(qiáng)度降低 。
碳纖維表面是惰性的類石墨結(jié)構(gòu),雖然這樣的結(jié)構(gòu)使其具有良好的耐腐蝕性,但同時(shí)也使得纖維與樹(shù)脂之間的浸潤(rùn)性降低。因此上漿劑的存在能有效地使碳纖維被樹(shù)脂充分浸潤(rùn),減少預(yù)浸料中的空氣含量,降低復(fù)合材料的孔隙率。
目前廣泛用于表征復(fù)合材料界面性能的兩個(gè)參數(shù)分別為界面剪切強(qiáng)度(IFSS)和層間剪切強(qiáng)度(ILSS)。但還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的理論用于對(duì)復(fù)合材料界面性能的分析。有兩種理論目前被廣泛接受:一是“橋連”理論,即提高兩相之間的分子間作用力;二是能量耗散理論,即通過(guò)使裂紋偏轉(zhuǎn)的方式防止復(fù)合材料直接分層斷裂。上漿劑處于碳纖維與樹(shù)脂之間的過(guò)渡層。
因此根據(jù)這兩種理論,一是通過(guò)分子設(shè)計(jì)提高上漿劑與碳纖維表面、上漿劑與樹(shù)脂之間的分子間作用( 范德華力、氫鍵、化學(xué)鍵) 來(lái)提高復(fù)合材料的界面強(qiáng)度;二是通過(guò)上漿劑分子間交聯(lián)或在上漿劑中添加納米增強(qiáng)體,使上漿劑層的模量提高,當(dāng)裂紋由樹(shù)脂向纖維表面擴(kuò)展時(shí)受到高模量上漿劑層的阻力而使裂紋偏轉(zhuǎn),起到能量耗散的作用,從而使復(fù)合材料的界面性能提高。
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