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收藏  |   举报 2023-05-16 16:24   关注:211   回答:1

碳纤维上浆剂的作用

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举报 2023-05-16 16:41
上浆剂是均匀覆盖在碳纤维表面的一层薄薄的树脂层,其在纤维中的质量分数为0.3%~1.2%,尽管其含量很低,但对碳纤维的性能及其编织布、预浸料的制备、复合材料的性能都有重要的作用 。


根据不同的规格,一束碳纤维中包含成千上万根碳纤维单丝,因此上浆剂的首要功能就是将大量的单丝集束成一束,防止纤维起毛松散,同时也为碳纤维布以及三维编织体提供可能;另外碳纤维在生产和编织的过程中会与多个滚轴摩擦,如果没有上浆剂层的保护,碳纤维单丝很容易断裂,从而使纤维本体的强度降低 。


碳纤维表面是惰性的类石墨结构,虽然这样的结构使其具有良好的耐腐蚀性,但同时也使得纤维与树脂之间的浸润性降低。因此上浆剂的存在能有效地使碳纤维被树脂充分浸润,减少预浸料中的空气含量,降低复合材料的孔隙率。


目前广泛用于表征复合材料界面性能的两个参数分别为界面剪切强度(IFSS)和层间剪切强度(ILSS)。但还没有一个统一的理论用于对复合材料界面性能的分析。有两种理论目前被广泛接受:一是“桥连”理论,即提高两相之间的分子间作用力;二是能量耗散理论,即通过使裂纹偏转的方式防止复合材料直接分层断裂。上浆剂处于碳纤维与树脂之间的过渡层。


因此根据这两种理论,一是通过分子设计提高上浆剂与碳纤维表面、上浆剂与树脂之间的分子间作用( 范德华力、氢键、化学键) 来提高复合材料的界面强度;二是通过上浆剂分子间交联或在上浆剂中添加纳米增强体,使上浆剂层的模量提高,当裂纹由树脂向纤维表面扩展时受到高模量上浆剂层的阻力而使裂纹偏转,起到能量耗散的作用,从而使复合材料的界面性能提高。
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