[發明專利]碳纖維表面的溴代環氧樹脂向上漿劑擴散的研究方法

有效

• 申請號: 200910072033.6
• 申請日: 2009-05-15
• 公開（公告）號: CN101556235A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 黃玉東;徐麗薇;劉麗;姜再興;張依帆
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;G01N23/225;G01N23/227
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明屬于聚合物基復合材料改性領域，具體涉及纖維表面的樹脂向上漿劑擴散的研究方法。

背景技術

復合材料界面理論研究是界面工程研究領域的重要組成部分。組成復合材料的兩相中，兩相間的相互作用機理一直是人們所關心的問題。同時，在復合材料制備過程中，要制備具有一定性能的宏觀復合材料，須通過宏觀因素(增強體特性、基體特性和復合工藝等)的有效控制得到相應的界面微觀結構和性能，進而實現復合材料特定的宏觀性能。而宏觀因素的有效控制必須建立在界面理論研究的基礎上，因此界面理論研究在復合材料界面工程領域中具有極為重要的理論和實際意義。

通過對復合材料的研究，人們已經提出了多種復合材料界面理論，形成了浸潤理論、化學鍵理論、嚙合理論、界面鏈纏結理論、靜電理論、弱邊界層理論等理論，其中浸潤理論是其它所有理論的基礎，增強體與基體之間有良好的浸潤是其復合材料有良好的界面性能的前提。業已證明，在復合材料界面微區(通常厚度為數納米至數百納米)，通過調節界面現象，可使纖維和基體間具有最佳的匹配而達到理想的復合效果。但是由于增強體、聚合物基體的廣泛性，復合材料成型工藝的多樣性等原因導致了聚合物基復合材料界面問題的復雜性。人們對界面作用機理尚未得到統一的認識，尤其是對其界面化學反應、界面應力、界面相微觀結構、界面微觀性能等特性與復合材料宏觀整體性能之間的關聯尚未很好確立。因此，正確了解界面的微觀結構信息，開展界面性質的研究，實現復合材料整體性能的控制具有重要意義。

眾所周知，纖維在出廠前表面一般都要涂覆上漿劑，涂覆上漿劑的目的是保護剛生產出的纖維表面的潔凈，避免吸附空氣中的水分和灰塵；上漿后的纖維表面形成一薄的保護膜，使在后加工使用過程中防止摩擦、磨損或防止產生毛絲等。而作為增強體的碳纖維在做成復合材料之前均不把上漿劑除去。因此，要想讓纖維與樹脂之間有良好的浸潤而形成良好的界面性能，必須研究上漿劑與樹脂之間的浸潤作用。現階段國內各大纖維生產廠家有自己獨特的上漿配方，但與國外的T300等產品相比較，性能還有一定的差距，主要原因就是上漿劑與樹脂之間浸潤性的好壞。由于碳纖維上漿劑在碳纖維表面形成的膜很薄，只有納米級厚度，導致采用現有方法研究樹脂向上漿劑層擴散很難進行。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有方法對樹脂向上漿劑層擴散的研究很難進行的問題；而提供了碳纖維表面的溴代環氧樹脂向上漿劑擴散的研究方法；本發明對碳纖維增強樹脂基復合材料浸潤時擴散過程以及擴散過程中主要影響因素進行研究。本發明采用模型化合物，對不同溫度及時間下樹脂向上漿劑中的擴散過程進行宏觀說明。

碳纖維表面的溴代環氧樹脂向上漿劑擴散的研究方法是按下述步驟進行的：一、將玻璃洗凈后烘干；二、將質量濃度為1％～2％的碳纖維上漿劑涂敷在玻璃表面上，然后在105～120℃條件下烘干；三、再涂敷一層質量濃度為1％～2％的碳纖維上漿劑后在105～120℃條件下烘干；四、重復步驟三的操作6至9次后在玻璃表面制得上漿劑層；五、在上漿劑層表面均勻撒上溴代環氧樹脂，在加熱溫度為溴代環氧樹脂的玻璃轉化溫度±5℃的條件下加熱反應5～60min，冷卻至室溫，然后進行切割，并依次用掃描電子顯微鏡和X射線能譜儀對切割橫斷面進行溴元素的線性掃描得到以掃描電鏡圖為背景的能譜圖；即獲得碳纖維表面的溴代環氧樹脂向上漿劑擴散的程度。

本發明以碳纖維的上漿劑和溴代環氧樹脂為原料，通過控制溫度和時間對樹脂與上漿劑之間的擴散現象進行研究。由于碳纖維表面的上漿劑與樹脂的界面區域屬于微觀區域，他們之間的擴散過程不能清楚的表現出來，所以用玻璃材料來代替碳纖維本體，在玻璃表面涂敷上漿劑和樹脂，從而對其浸潤過程進行模擬。本發明通過溴元素的能譜圖清楚地反映了樹脂向上漿劑擴散的狀態，在樹脂層中溴元素含量較多，且含量均勻，沿著上漿劑方向掃描后，溴元素含量逐漸減少，到上漿劑與石墨界面時，溴元素完全消失(參見圖1)；而且隨著溫度的升高，樹脂擴散到上漿劑內部的速度也有增加。

本發明具有下述優點：

1、本發明幫助人們的認識由抽象向具體轉化，碳纖維表面的上漿劑與樹脂的界面區域屬于微觀區域，無法用儀器對其斷面研究，本發明的方法將其變得比較具體。

2、本發明的方法應用范圍廣，適用于四溴雙酚A型環氧樹脂、溴化酚醛環氧樹脂、二溴季戊二醇二縮水甘油醚、N，N-二縮水甘油-2，4，6-三溴苯胺、二溴甲苯縮水甘油醚、1，3-二縮水甘油-4，5，6，7-四溴苯并咪唑酮等，及通過先醚化后環化方法或其它方法制備的溴代環氧樹脂向上漿劑擴散的研究。