聚氨酯改性环氧树脂上胶剂的制备及表征

摘要

碳纤维具有强度高、模量大、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能，目前已经广泛应用于航天航空、军事武器、体育用品、汽车制造等行业。由于碳纤维在生产及应用过程中容易损伤，同时其表面惰性，因此碳纤维在生产过程中需要进行表面上浆，改善碳纤维的工艺性能，提高其树脂基复合材料的力学性能。
　　目前国产碳纤维的通用上胶剂为水性环氧树脂上胶剂，其主要成分为纯环氧树脂和表面活性剂。由于聚氨酯改性环氧树脂的韧性及粘接性能等优于纯环氧树脂，因此本研究旨在研制一种聚氨酯改性环氧树脂水性乳液上胶剂，以期进一步改善国产碳纤维的加工工艺，提高其树脂基复合材料的力学性能。
　　首先制备聚氨酯改性环氧树脂上胶剂乳液。制备方法分为三步:第一步通过聚醚醇与聚氨酯改性环氧树脂反应将亲水性醚键接枝到聚氨酯改性环氧树脂上，得到初步产物;第二步用二乙醇胺与初步产物反应，得到二步产物;第三步将二步产物与乙酸反应，中和成盐溶于水制成乳液。将自制的聚氨酯改性环氧树脂乳液与国内外的商用上胶剂乳液进行对比分析，结果表明:本研究得到的上胶剂乳液固含量高，中性，乳液粒径小，分布窄，可以用于国产碳纤维的上浆。
　　其次将本研究制得的上胶剂乳液、国产上胶剂乳液与日本上胶剂乳液对国产吉化T800碳纤维上浆，对上浆后碳纤维的表面形貌、浸润性、表面化学元素及官能团进行表征。结果表明:本研究得到的上胶剂上浆的纤维毛丝量少，集束性好，上胶剂上浆的纤维与环氧树脂接触角小，浸润性好;上胶剂上浆的碳纤维表面的活性官能团比日本上胶剂上浆的碳纤维少2.05％，比国产上胶剂上浆的碳纤维多5.58％。
　　最后用已经上浆的碳纤维制成碳纤维环氧树脂复合材料，并对复合材料的力学性能进行表征。结果表明:本研究上胶剂上浆的碳纤维制成的复合材料的层间剪切强度是国产上胶剂上浆的碳纤维制成的复合材料的1.2倍，稍低于日本上胶剂上浆碳纤维制成的复合材料。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 碳纤维及碳纤维复合材料

1．1．1 碳纤维

1．1．2 碳纤维复合材料

1．2 碳纤维复合材料的界面

1．2．1 复合材料的界面理论

1．2．2 上胶剂对界面的影响

1．2．3 上胶剂的作用

1．2．4 上胶剂的性能指标

1．3 上胶剂的研究进展

1．3．1 上胶剂概述

1．3．2 上胶剂分类

1．4 聚氨酯改性环氧树脂

1．4．1 端环氧基

1．4．2 端氨基

1．4．3 端羟基

1．4．4 端异氰酸酯基

1．5 环氧树脂水性化方法

1．5．1 外加乳化剂法

1．5．2 自乳化法

1．6 课题研究目的和意义及主要内容

1．6．1 课题研究目的和意义

1．6．2 课题研究主要内容

第二章 水性聚氨酯改性环氧树脂的制备

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验器材

2．2．3 实验过程

2．2．4 实验结果表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 NPER-133L与MNPER-133L的结构分析

2．3．2 MNPER-133L环氧值的影响因素

2．3．3 NMNPER-133L胺值的影响因素

2．4 小结

第三章 聚氨酯改性环氧树脂上胶剂乳液的制备

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．2 实验器材

3．2．3 实验过程

3．2．4 实验结果表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 乙酸的量对NMNPER-133L亲水性的影响

3．3．2 上胶剂乳液的性能表征

3．4 小结

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验仪器

4．2．2 实验过程

4．3 结果与表征

4．3．1 碳纤维的上浆率

4．3．2 碳纤维的悬垂度分析

4．3．3 碳纤维的表面形貌分析

4．3．4 碳纤维的浸润性测试

4．3．5 碳纤维表面的元素及官能团

4．3．6 复合材料的界面性能

4．4 小结

第五章 结论

参考文献

成果及专利

致谢

作者及导师简介