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《北京化工大学》 2012年
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环氧改性水性聚胺酯的合成及其在碳纤维上胶剂中的应用

刘占清  
【摘要】:上胶剂是碳纤维工业生产中的一种重要助剂,在保护纤维和改善纤维表面性能方面起着重要的作用。目前常用的上胶剂类型是乳液型上胶剂。乳化剂虽然能够提高纤维表面的浸润性,但是乳化剂的粘结性差,使用大量的乳化剂会影响复合材料的耐水性和力学性能。因此,本论文研究制备了一种具有自乳化和自固化性能的水性上胶剂。 本文以甲苯二异氰酸酯(TDI),聚乙二醇(PEG,200/400),二羟甲基丁酸(DMBA)和2,3-环氧-1-丙醇等为原料,合成了两种不同类型的环氧改性水性聚氨酯(EPU1和EPU2)。用1HNMR和IR分别对二者的化学结构进行了表征,研究了温度、溶剂、加料方式以及体系的pH等因素对合成预聚体反应的影响,确定最佳反应参数。用TGA和DSC对EPUs的热性能和自固化反应进行了研究。TGA分析结果表明EPU2的热稳定比EPU1高,且它们的起始热分解温度都在250℃以上。DSC测试结果表明EPUs的自固化反应发生140℃以上,其固化机理为羧酸与环氧之间的反应。 将EPUs配制成两种水性上胶剂(s-EPU1和s-EPU2),并对碳纤维进行上胶,研究了上胶剂对碳纤维上胶率、吸水率、耐磨性、集束性、纤维表面以及界面性能的影响。结果表明,采用s-EPU2上胶剂处理的碳纤维性能优于环氧类上胶剂和s-EPU1上胶剂,其上胶率稳定;胶液能在碳纤维表面形成了完整的胶膜,从而有效地保护碳纤维;减少丝束的毛丝量,降低了吸水率,提高了纤维的耐磨性和集束性;另外在纤维表面还出现了凹凸不平物,增加了表面极性和粗糙度,提高了复合材料的界面剪切强度。与未上胶碳纤维复合材料相比,经s-EPU1上胶处理后碳纤维复合材料的层间剪切强度达到了最大值(75.5MPa),提高了17%;经s-EPU2上胶处理后碳纤维复合材料的层间剪切强度达到了71.2MPa,提高了12%。 首次将s-EPU2上胶剂与混酸处理后的碳纳米管混合,制备导电型上胶剂,即e-EPU2。对碳纤维进行上胶,研究上胶后复合材料的电性能和界面性能。结果表明,碳纤维经e-EPU2上胶处理后,复合材料的电导率达到了17.7×102S/m,层间剪切强度达到了66MPa。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TQ340.47

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