碳纖維增強不飽和聚酯（CF/UPR）基復合材料以質量輕、強度高、價格低廉和固化速度快等優(yōu)點,在軌道交通、風力發(fā)電、建筑材料和農村化糞池等領域廣泛應用。目前國內絕大多數碳纖維生產企業(yè)在碳纖維生產上漿的過程中幾乎都采用環(huán)氧樹脂型上漿劑,由于固化機理不同導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,使得纖維與樹脂的界面結合能力變差。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,以方便進一步對分子結構進行改性和修飾,接下來加入甲基四氫苯酐對產物進一步羧基化在分子鏈中引入親水基團羧基,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。對合成過程中的上漿劑分子鏈段結構的不同對上漿劑乳液性能的影響進行了分析研究。其中當采用脂肪族的己二酸、新戊二醇和馬來酸酐作為原料時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】：吉林化工學院吉林省

【文章頁數】：73 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

碳纖維

2碳纖維作為一種新興的增強材料在近幾年被廣泛應用，但其實它的前身碳絲早在19世紀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、英國和日本等發(fā)達國家率先展開了對碳纖維的初步探索，早在1959年，日本政府及民間工業(yè)就開始了對碳纖維的研究，以大阪工業(yè)研究所的進藤昭男(AkioShindo)博士為代表的研發(fā)團隊首先研制出了PAN基碳纖維，其是以美國生產的奧綸為原料在經過一系列的工序后制備而成的[13-15]。也是在1959年的美國，帕爾馬技術中心的兩位科研工作者研究發(fā)現將黏膠纖維經過高溫處理后可以得到石墨纖維，使得纖維的各項性能大幅度的提高[16]。在此后的1968年，英國就職于薩里大學的首席科學家威廉姆·瓦特(WilliamWatt)研究揭示碳纖維在預氧化和氧化過程中的氧化擴散機制，以及在氧化過程中對外部施加牽引力對碳絲性能的影響，制備出了高模和高強型的PAN基碳纖維[17]。隨后將該專利轉讓給了美國和日本。此后二十世紀七八十年代期間，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上進行了碳纖維的工業(yè)化生產。碳纖維的生產工藝流程如圖1.2所示：合成過程大致為原油經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變化得到丙烯腈，丙烯腈通過聚合工藝得到聚丙烯腈，對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物碳纖維[18-19]。圖1.2碳纖維生產過程

6圖1.4乙烯基酯樹脂分子結構式聚氨酯型上漿劑聚氨酯型上漿劑是指上漿劑分子結構中有聚氨酯結構，其結構如圖1.5所示[52]，由于其具有良好的柔韌性，可應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聚氨酯結構式1.2.3上漿劑的性能評價體系一般各大碳纖維生產廠家對于商業(yè)化使用的碳纖維上漿劑很少會進行專利和文獻的報道，我國的上漿劑發(fā)展還不夠成熟，缺少相關的國家標準，而且不同類型的上漿劑評價體系也不盡相同，但通常情況下對碳纖維上漿劑的性能評價主要從以下幾個方面入手[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)則的布朗運動，同時在地心引力的作用下，會導致顆粒彼此相撞而結合，從而在宏觀上產生沉淀和破乳等現象[56-57]。在上漿過程中，如果上漿劑穩(wěn)定性很差，則會導致碳纖維表面含膠量相差較大，從而影響碳纖維生產過程中的質量穩(wěn)定性，進而也對后續(xù)碳纖維復合材料的整體力學性能產生不良的影響[58]。因此對上漿劑的穩(wěn)定性考察成為了檢驗上漿劑是否滿足實際應用的最重要指標，具體包括離心穩(wěn)定性和儲存穩(wěn)定性兩個方面。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，通常情況下其乳液顆粒粒徑

【參考文獻】：
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