碳纤维经纱织造用乳液浆料研究

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碳纤维织物增强热塑性复合材料以其可回收性、成型时间短、冲击韧性好等优势具有广阔的发展前景。目前加工的碳纤维织物多带有环氧树脂类浆料,且带有这种浆料的织物不再退浆,而是直接与环氧类热固性基体树脂直接复合形成复合材料。但这种带有热固性浆料的织物与热塑性基体树脂复合时,纤维难以浸润,基体与树脂间粘合性较差。有研究者发现退浆以后表面干净的碳纤维纱更易于与热塑性树脂浸润,因此研究者们希望开发出表面干净的碳纤维织物以增加织物与热塑性基体树脂的粘结性。在由碳纤维纱线变成碳纤维织物的过程中,上浆是必不可少的过程。基于目前经纱上浆用浆料,本论文采用浆料分子设计的方法合成出针对碳纤维经纱织造用聚丙烯酸酯乳液浆料,通过选取绿色环保且适合高温退浆处理的乳化剂和引发剂,确定适合该乳化体系的工艺参数为:反应为温度80℃,引发剂用量为0.4 wt%,乳化剂用量为5 wt%,反应5h后加氨水调节pH值至中性得到聚丙烯酸酯乳液。合成性能稳定的浆料后,通过DSC和红外检测化学分析方法对浆料性能进行分析,进一步确认了所合成的浆料即为所预期设计的浆料。同时,通过调节合成共聚浆料单体配比,探究其对碳纤维纱的上浆性能和高温水浴退浆性能以及针对碳纤维应用的高温煅烧退浆性能影响,以发现合成的乳液浆料对碳纤维纱上浆优异性能,相比于碳纤维原纱,共聚浆料单体配比EA:MMA为60:20时效果最佳,纱线强力提高41.64%,耐磨增加66.7%。同时,对浆纱退浆处理,发现高温煅烧退浆处理能够顺利退去碳纤维浆纱上99%的浆料,退浆效果好于碱性条件下水浴退浆。在扫描电镜下观察,能看到退浆后的碳纤维表面类似于原纱的清晰的表面沟槽,也进一步说明了其退浆效果优异。为进一步验证碳纤维浆纱的可织造性,选取上浆性能最好的一组纱线在小样机上织造,采用合成的乳液浆料对碳纤维纱上浆后能顺利完成织造,得到表面光滑平整的碳纤维布。在织造过程中,采用保护性的棉纱线替代碳纤维边经纱,能减少碳纤维纬纱和边经纱的断裂,提高织造效率。
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