● 摘要
碳纤维作为先进复合材料增强体的典型代表，近年来得到了迅速发展和大量应用，开发和应用高性能碳纤维已成为主流。一般而言，为保护纤维，改善纤维工艺性，提高纤维/树脂相容性，碳纤维在生产过程中均需要经过表面和上浆处理。已有的研究发现，上浆剂可与纤维、树脂之间发生复杂的相互作用，由此必然会对树脂与碳纤维的复合和界面作用产生影响，从而影响复合材料的整体性能。本文即针对这一背景，研究上浆剂对碳纤维表面性能，及其与环氧、双马树脂复合界面性能的影响，深化对上浆剂作用原理的认识，促进国产碳纤维的研发与应用。 论文测试分析了三种T700级、四种T800级碳纤维表面的上浆量、上浆剂组成和分子量、上浆剂的化学反应性及其与树脂的反应性，表征了去剂前后纤维表面粗糙度和化学特性，以及碳纤维与环氧(EP)、双马(BMI)树脂的浸润和界面粘结特性，探讨了上浆剂对碳纤维/树脂界面作用的主要作用机理。 研究结果表明，七种碳纤维上浆剂的主组分均为环氧类，在高温条件下具有化学活性，并且可与EP、BMI发生不同程度的化学反应。分析发现，上浆剂可填充在碳纤维表面的沟槽中，或固结在纤维表面，改变其形貌和粗糙度；上浆剂可修饰碳纤维表面的化学特性，进而影响纤维与树脂的浸润接触角，一般而言，环氧类上浆剂有利于提高碳纤维与EP的浸润性，但不利于纤维与BMI的浸润。七种上浆剂对碳纤维/EP、碳纤维/BMI的界面粘结性能的影响规律不完全一致。总体而言，纤维表面粗糙度越小、纤维/树脂接触角越大，浸润性越差，则界面剪切性能越低，表明浸润粘附作用和机械嵌合作用对提高碳纤维/树脂界面性能具有重要影响。同时，去除上浆剂中的小分子助剂，可提高CF7-2/EP的界面剪切强度（IFSS），但CF7-2/BMI的界面性能变化不明显。另外，碳纤维表面的活性碳含量与纤维/环氧的界面性能呈正相关关系，活性碳原子越多，其界面剪切强度越高，但活性碳含量与碳纤维/双马界面性能的相关性不明显。并且，当纤维表面的氧碳比（O/C）介于0.2-0.3之间时，倾向于获得较高的碳纤维/环氧和碳纤维/双马界面剪切强度。
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