碳纖維增強(qiáng)不飽和聚酯（CF/UPR）基復(fù)合材料以質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、價(jià)格低廉和固化速度快等優(yōu)點(diǎn),在軌道交通、風(fēng)力發(fā)電、建筑材料和農(nóng)村化糞池等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)在碳纖維生產(chǎn)上漿的過程中幾乎都采用環(huán)氧樹脂型上漿劑,由于固化機(jī)理不同導(dǎo)致上漿后的碳纖維與其它類型的樹脂,如不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂等之間不能形成有效的交聯(lián),使得纖維與樹脂的界面結(jié)合能力變差。本課題為了提高碳纖維與不飽和聚酯樹脂之間的界面結(jié)合能力,研發(fā)制備了一款新型的聚酯型碳纖維上漿劑。為了合成可以自乳化的上漿劑,首先利用縮聚反應(yīng)合成端羧基的線性不飽和聚酯,隨后加入環(huán)氧樹脂和催化劑合成多羥基線性不飽和聚酯,以方便進(jìn)一步對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性和修飾,接下來加入甲基四氫苯酐對(duì)產(chǎn)物進(jìn)一步羧基化在分子鏈中引入親水基團(tuán)羧基,最后加入三乙胺和去離子水中和羧基即可得到聚酯型碳纖維上漿劑。對(duì)合成過程中的上漿劑分子鏈段結(jié)構(gòu)的不同對(duì)上漿劑乳液性能的影響進(jìn)行了分析研究。其中當(dāng)采用脂肪族的己二酸、新戊二醇和馬來酸酐作為原料時(shí)合成的上漿劑乳液最為穩(wěn)定,乳液粒徑大小約為152 nm左右,粒徑分布PDI約為0.157,Zeta電位為-52.8... 

【文章來源】：吉林化工學(xué)院吉林省

【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

碳纖維

2碳纖維作為一種新興的增強(qiáng)材料在近幾年被廣泛應(yīng)用，但其實(shí)它的前身碳絲早在19世紀(jì)70年代中期就被托馬斯·愛迪生(ThomasA.Edison)最早創(chuàng)造出來，其最開始發(fā)明應(yīng)用被作為燈絲的材料，但由于使用壽命太短，于1910年被鎢絲所取代[12]，早先被愛迪生發(fā)明的碳絲由于性能不佳沒有被引起重視。在隨后的幾十年中，美國(guó)、英國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家率先展開了對(duì)碳纖維的初步探索，早在1959年，日本政府及民間工業(yè)就開始了對(duì)碳纖維的研究，以大阪工業(yè)研究所的進(jìn)藤昭男(AkioShindo)博士為代表的研發(fā)團(tuán)隊(duì)首先研制出了PAN基碳纖維，其是以美國(guó)生產(chǎn)的奧綸為原料在經(jīng)過一系列的工序后制備而成的[13-15]。也是在1959年的美國(guó)，帕爾馬技術(shù)中心的兩位科研工作者研究發(fā)現(xiàn)將黏膠纖維經(jīng)過高溫處理后可以得到石墨纖維，使得纖維的各項(xiàng)性能大幅度的提高[16]。在此后的1968年，英國(guó)就職于薩里大學(xué)的首席科學(xué)家威廉姆·瓦特(WilliamWatt)研究揭示碳纖維在預(yù)氧化和氧化過程中的氧化擴(kuò)散機(jī)制，以及在氧化過程中對(duì)外部施加牽引力對(duì)碳絲性能的影響，制備出了高模和高強(qiáng)型的PAN基碳纖維[17]。隨后將該專利轉(zhuǎn)讓給了美國(guó)和日本。此后二十世紀(jì)七八十年代期間，日本的東麗(Toray)、東邦(Toho)、三菱(MitsubishiRayon)等公司分別在研究成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行了碳纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。碳纖維的生產(chǎn)工藝流程如圖1.2所示：合成過程大致為原油經(jīng)過煉制和裂解等一系列過程得到丙烯，丙烯通過一系列化學(xué)變化得到丙烯腈，丙烯腈通過聚合工藝得到聚丙烯腈，對(duì)得到的聚丙烯腈采用紡絲工藝就得到了白色的碳纖維原絲，碳纖維原絲在外力的牽引下，依次通過預(yù)氧化、低溫碳化、高溫碳化、石墨化和上漿等工序之后即得到了最終的產(chǎn)物碳纖維[18-19]。圖1.2碳纖維生產(chǎn)過程

6圖1.4乙烯基酯樹脂分子結(jié)構(gòu)式聚氨酯型上漿劑聚氨酯型上漿劑是指上漿劑分子結(jié)構(gòu)中有聚氨酯結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1.5所示[52]，由于其具有良好的柔韌性，可應(yīng)用于作為熱塑性上漿劑，是目前上漿劑研發(fā)的重要方向[53]。圖1.5聚氨酯結(jié)構(gòu)式1.2.3上漿劑的性能評(píng)價(jià)體系一般各大碳纖維生產(chǎn)廠家對(duì)于商業(yè)化使用的碳纖維上漿劑很少會(huì)進(jìn)行專利和文獻(xiàn)的報(bào)道，我國(guó)的上漿劑發(fā)展還不夠成熟，缺少相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而且不同類型的上漿劑評(píng)價(jià)體系也不盡相同，但通常情況下對(duì)碳纖維上漿劑的性能評(píng)價(jià)主要從以下幾個(gè)方面入手[54-55]。穩(wěn)定性碳纖維上漿劑通常是水性乳液，由于乳液顆粒自身發(fā)生無規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在地心引力的作用下，會(huì)導(dǎo)致顆粒彼此相撞而結(jié)合，從而在宏觀上產(chǎn)生沉淀和破乳等現(xiàn)象[56-57]。在上漿過程中，如果上漿劑穩(wěn)定性很差，則會(huì)導(dǎo)致碳纖維表面含膠量相差較大，從而影響碳纖維生產(chǎn)過程中的質(zhì)量穩(wěn)定性，進(jìn)而也對(duì)后續(xù)碳纖維復(fù)合材料的整體力學(xué)性能產(chǎn)生不良的影響[58]。因此對(duì)上漿劑的穩(wěn)定性考察成為了檢驗(yàn)上漿劑是否滿足實(shí)際應(yīng)用的最重要指標(biāo)，具體包括離心穩(wěn)定性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性兩個(gè)方面。粒徑大小和分布上漿劑的穩(wěn)定性與其粒徑大小和分布密切相關(guān)，通常情況下其乳液顆粒粒徑

【參考文獻(xiàn)】：
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