聚丙烯腈碳纤维用上浆剂汇总
聚丙烯腈碳纤维用上浆剂
上浆是碳纤维经表面处理后收绕成卷成为碳纤维成品前的最后一道工艺工序。上浆的主要作用是对碳纤维进行集束，类似黏合剂使碳纤维聚集在一起，改善工艺性能，便于加工，同时起到保护作用，减少碳纤维之间的摩擦，使其在后续收卷、包装、运输过程减少对纤维的损失。通过对碳纤维进行上浆处理，在碳纤维表面形成的聚合物层还可以起到类似偶联剂作用，改善碳纤维和树脂之间化学结合，提高复合材料的界面性能。碳纤维表面的聚合物还能改善炭纤维的浸润性能，便于树脂浸渍，减少复合材料的制备时间，提高复合材料的质量。碳纤维生产过程中不同上浆剂、上浆工艺对碳纤维力学性能、加工工艺性能和复合材料力学有着重要影响。
5.4.1 上浆剂种类
碳纤维上浆剂的品种很多，选择上浆剂需要综合考虑成膜性、对纤维的保护性能、环保性和成本等因素。在上浆剂研制生产时就需要考虑与最终增强基体树脂的相容性，为碳纤维在复合材料中发挥其高强高模特性提供基础准备。对于上浆剂主组分的选取，应根据相似相溶原理，选择与基体树脂材料类似的组分，比如环氧树脂基体选择环氧树脂系上浆剂，不饱和聚酯基体选择不饱和聚酯类上浆剂。表5.19为东丽公司碳纤维上浆剂与不同树脂相容性。
表5.19 东丽公司上浆剂类型与不同树脂的相容性
上浆剂类型 相容树脂基体
1 环氧
3 环氧
4 环氧、酚醛、双马
5 通用：环氧、酚醛、聚酯、乙烯基酯
6 环氧
F 乙烯基酯、环氧
9 无上浆剂
目前工业及研究中所采用的上浆剂种类很多，通常为多官能型分子量较低的聚合物，包括含羧基或者醚键的化合物、含酰胺基或酯基的化合物、双酚类化合物、多氧化乙烯（多）苯基醚类化合物、多元醇-脂肪酸酯类、环氧树脂类以及其改性化合物、聚氨酯为主成分的改性物、聚酰亚胺及其改性化合物等。在最近的研究中，为了进一步改进碳纤维在复合材料制备过程的加工工艺性，研究人员尝试了微颗粒改性，如在常规上浆剂中加入硅酸铝、石墨、、云母、氧化铝、陶瓷等微颗粒，或者采用如碳纳米管、石墨烯、纳米二氧化硅等进行改性，获得了一定的改性效果。 在碳纤维生产工艺中，预氧化、碳化及表面处理等工艺过程世界各国的各个生产厂家差异不大, 在某种意义上，上浆剂是各个公司的技术特色。碳纤维生产厂家除了在聚丙烯腈原丝制备生产方面实行严格的技术保密外，上浆剂的配方极也成为各个厂家技术保密的重点。日本东丽公司在碳纤维行业的世界领先地位，与其根据碳纤维性能特点和应用领域特点所研发的系列特色上浆剂密不可分。
5.4.2 上浆剂的制备
碳纤维用上浆剂根据工艺实施角度可以分为溶剂型和乳液型两类。溶液型上浆剂是利用丙酮等易挥发型有机溶剂将聚氨酯、环氧树脂等有机高分子配制成一定浓度的溶液，通过溶剂的挥发干燥达到快速上浆的目的[11]。碳纤维生产中采用溶液型上浆剂具有工艺简单、控制容易、上浆均匀等优点，但由于有机溶剂易挥发性，对环境影响较大，对生产车间的防火防爆要求较高，同时由于溶剂挥发会使得树脂残留在导辊上，容易造成纤维粘附，影响碳纤维生产的同时，也会损伤纤维。溶液型上浆剂在碳纤维的大规模生产中很少使用。
乳液型上浆剂是利用乳化剂将有机高分子树脂形成水基乳液，该上浆剂可以根据需要添加或者不加交联剂。乳液型上浆剂以水作为树脂载体，具有环境影响小，上浆过程中其浓度控制容易，上浆量稳定可控的特点，适合于碳纤维大规模生产使用，但对其后续的烘干工艺要求较高。乳液型上浆剂在使用前需要专业设备进行乳化，在乳化过程中需要控制乳液的固含量、粒径大小和分布，对操作人员专业技术要求较高。乳液型上浆剂由于使用了具有亲水性的乳化剂，而乳化剂无法在上浆过程中分离去除，因此对复合材料的耐湿热性能有一定不利影响。
评价乳液型上浆剂的主要参数有固含量、粒径大小和分布、体系粘度、Zeta电位、表面张力等，其中乳液的粒径大小和分布对乳液稳定性具有决定作用。具有相同配比和平均粒径的上浆乳液, 可能会由于乳液粒径分布的差异而表现出截然不同的性质。乳液的粒径大小及其分布, 在一定程度上决定了上浆乳液的稳定性和化学反应性。配制形成的乳液粒径可以通过所形成的乳液颜色进行判断，一般来说，粒径在2.5μm以下的乳液呈现出泛蓝的透明液体。碳纤维上浆剂乳液的粒径一般在1-10μm之间, 普遍在2.5μm左右, 使得上浆过程稳定，不容易破乳。乳液粒径越小，乳液的稳定性越好，上浆均匀性也越好，但对乳化工艺要求也越高。乳液粒径太大，会影响乳液的稳定性，并且由于粒子不容易渗透到丝束之间，影响上浆的均匀性。表征乳液稳定性可以采用Zeta电位法或者离心沉淀法，其中乳液的Zeta电位可采用电泳仪进行测定，Zeta电位越高，其乳液越稳定。而离心沉淀法是将乳液在一定离心转速下进行离心分离，分离出的沉淀越少，稳定性越好。表5.20—5.23分别为乳化剂、溶剂、搅拌速度和乳化温度对所制备乳液稳定性的影响。
表5.20 乳化剂用量对上浆乳液稳定性的影响
乳化剂用量/% 4 6 8 10 12
Zeta电位/mV 21.43 32.31 43.45 53.24 53.01
离心沉淀质量分数/% 72.92 37.26 12.75 8.67 8.66
表5.21 乳化温度对上浆乳液稳定性的影响
乳化温度/℃ 30 40 50 60 70
Zeta电位/mV 27.23 44.56 53.24 30.34 20.76
离心沉淀质量分数/% 20.23 13.68 8.67 39.12 52.56
表5.22
搅拌速度对上浆乳液稳定性的影响
搅拌速度/r/min 4000 6000 8000 10000 12000
Zeta电位/mV 19.45 30.25 40.12 53.24 53.55
离心沉淀质量分数/% 74.23 41.48 15.89 8.67 8.65
表5.23 溶剂对上浆乳液稳定性的影响
溶剂 无 丙酮 丙酮 苯乙烯 苯乙烯
与树脂用量比 0 0.5 1.0 0.5
1.0
Zeta电位/mV 21.11 47.35 47.83 53.24 53.92
离心沉淀质量分数/% 20.26 8.75 8.69 8.67 8.56
5.4.3 上浆工艺
碳纤维生产中的上浆一般采用浸渍进行，将上浆溶液或者乳液放置与上浆槽中，通过浸渍长度控制上浆时间，并利用压辊压力调整上浆量；也可以采用旋转辊筒法将上浆剂与丝束进行接触，达到上浆的目的。上浆剂附着在纤维表面后，通常采用热空气进行干燥，去除其中的溶剂或者水份。上浆剂浓度决定了碳纤维中的上浆量，而上浆剂的粒径大小及分布、浸渍时间、纤维张力、纤维本身表面结构也会影响上浆量。表5.24为上浆剂浓度对上浆量的影响。浓度越高，上浆量也越大。有研究表明，对于一定的碳纤维及其上浆装置，上浆量只与上浆剂的浓度有关，上浆量与上浆剂浓度成正比。上浆剂浓度的控制对于碳纤维上浆至关重要。
表5.24上浆剂浓度对上浆量的影响
上浆剂浓度% 上浆量%
0.5 1.53
0.4 1.41
0.3 1.37
0.2 1.29
0.1 1.27
经过上浆后，碳纤维表面沟槽由于上浆树脂的填充而变浅。上浆量越大，对纤维沟槽的填充越多，纤维表面越光滑。图5.47为不同上浆量碳纤维的AFM图，可以看出当上浆量在1.67%时，纤维表面沟槽基本被树脂所覆盖，基本看不出沟槽结构。0.71%1.32%1.67%
图5.47 不同上浆量碳纤维AFM图
上浆量应根据碳纤维用途进行调整，通常对于热熔法或粉末法制备预浸料的碳纤维，为了便于树脂浸透纤维，要求上浆量较低；采用溶液法制备预浸料时，由于溶剂作用树脂较容易进入纤维丝束间，可适当提高上浆量；对于编织用碳纤维，由于对工艺过程纤维受到的摩擦较大，要求的上浆量一般超过 1%。
5.4.4 上浆处理对碳纤维及其复合材料性能的影响
5.4.4.1 上浆对碳纤维力学性能的影响
碳纤维经过上浆处理后，碳纤维表面涂覆了一层具有柔性特性的高分子材料，纤维表面得到上浆树脂的修饰，上浆层填埋了纤维表面的孔隙, 纹理沟槽变浅，当碳纤维受到外力作用时, 缺陷处的上浆层可以起到一定的分散外应力、抑制内应力集中的作用，因此通常经过上浆处理后碳纤维的抗拉强度有一定提高。图5.48为碳纤维经过不同上浆处理后拉伸强度和的变，可以看出经过上浆处理后，碳纤维的拉伸强度都有一定提高，Weibull参数m增大，强度的分散性减小。
图5.48 碳纤维单丝拉伸强度及Weibull参数
( a)未上浆；( b)环氧树脂乳液上浆；( c-f)上浆, 纳米SiO2: 环氧树脂(质量比) = 0.5~3: 100 5.4.4.2 碳纤维的使用工艺性
碳纤维的使用工艺性没有直接的量化指标，其中上浆量对其使用工艺性有重要影响。通常上浆量越大，其使用工艺性越好，也就是说在编织、缠绕、穿刺等工艺过程发生毛丝、断头较少。表5.25为上浆量与碳纤维使用工艺性能的的关系。上浆量过多，会影响树脂浸透性，并由于上浆厚度较大，无法有效形成梯度性能的界面层，从而影响复合材料的界面性能。综合考虑使用工艺性能和复合材料的性能，通常上浆量应该在1.0%左右较为合适。
表5.25上浆量对碳纤维使用工艺性能的影响
上浆量/% 毛丝状况 断丝/次/Km 树脂浸透性
0.1 × 28 √
0.3 √ 3 √
0.5 √ 1 √
1.0 √ √ √
2.0 √ 1 ⊕
3.0 √ √ ×
4.0 √ √ ×
注：√为合格；⊕为有一定问题；×为不合格
碳纤维本身由于为脆性材料，通常耐摩性较差，这也直接影响了其使用过程的工艺性能，表现为在编织、缠绕、穿刺等工艺过程纤维发生毛丝、断头等现象，影响纤维后续加工的顺利进行，也影响最终复合材料的性能。由于在纤维编织、缠绕、穿刺过程中，纤维之间、纤维与设备之间不可避免地存在相互摩擦，因此耐摩性能与其加工工艺性能有较好的关联性。碳纤维的耐摩性能测试目前并没有统一的方法，也没有国家标准。图5.49为碳纤维耐摩性能测试装置的示意图，在一定力作用下，将纤维在不锈钢辊表面进行反复摩擦，考察纤维断丝时的摩擦次数，作为耐摩性的量化指标。该装置可以较为有效地考察不同碳纤维的耐摩擦性能。表5.26为应用此装置对不同上浆剂上浆后纤维的耐摩性能，可以看出经过上浆后纤维的耐摩次数显著增加。
图5.49 碳纤维耐摩性测试装置示意图
表5.26上浆剂对碳纤维耐磨性能和IFSS的影响
上浆剂 耐磨次数/次
IFSS/MPa
未上浆 57 63.00
江苏恒神碳纤维及相关产品牌号及性能指标
江苏恒神碳纤维及相关产品牌号及性能指标
江苏恒神股份有限公司创建于 2007 年 8 月，占地 107
万平方米，地处江苏丹阳航空产业园，是一家专注于碳纤维及其复合材料全生命周期管理的高新技术企业，集碳纤维、复合材料和结构件的设计、研发、生产、销售、技术应用服务为一体。是国内唯一一家产品组合覆盖从原丝、碳纤维、上浆剂、织物、液体树脂、粘接剂、预浸料、碳纤维复合材料零件、航空复合材料结构件的企业。江苏恒神股份有限公司生产碳纤维产品属于聚丙烯腈基碳纤维，碳纤维含碳量超过 90%以上，性能稳定，并采用上浆剂进行表面改性。可广泛用于民用航空、海洋装备、风电、光伏、氢能压力容器、轨道交通、汽车、建筑补强、体育休闲用品等领域。江苏恒神股份有限公司目前具有5条单线千吨级碳纤维生产线，可年产5000吨各类型碳纤维。产品型号包括高强碳纤维如：HF20系列（T300级）、HF30系列（T700级）、HF40系列（T800级）、HF50系列（T1000级）及高强高模HM系列。产品规格包括：1K、3K、6K、12K、24K和50K 等。
1、高性能碳纤维 2、树脂 3、预浸料
来源：江苏恒神官网，碳纤维生产技术整理
2021年5月21日
二甲基亚砜一步法碳纤维用聚丙烯腈原丝生产工艺
二甲基亚砜一步法碳纤维用聚丙烯腈原丝生产工艺
一、背景介绍
在现代工业产品中，碳纤维是一种越来越受到重视的重要材料。它具有优异的力学性能、高强度、高模量、轻质化等优点，在飞行器、航天器、汽车、体育器材等领域有广泛应用。而碳纤维的生产工艺中，聚丙烯腈原丝的制备是至关重要的一步。
二、二甲基亚砜一步法碳纤维用聚丙烯腈原丝生产工艺介绍
1. 工艺流程：将聚丙烯腈原丝浸泡在二甲基亚砜溶液中 → 拧干 → 前处理 → 氧化 → 碳化 → 拉伸 → 涂料处理。
2. 原料介绍：
（1）聚丙烯腈原丝：一种纺织品级的精密化学纤维，具有优异的物理性能和加工性能。
（2）二甲基亚砜：一种无色液体，具有良好的溶解性和热稳定性，是制备高强度碳纤维的重要原料。
3. 工艺特点：
（1）一步法生产工艺，节约了生产时间和成本。
（2）二甲基亚砜可回收利用，提高了资源利用效率。
（3）原丝质量稳定，碳纤维性能可控，产品品质优异。
三、工艺优化及发展趋势
1. 工艺优化： （1）提高聚丙烯腈原丝的纯度和分子量，改善生产工艺条件。
（2）加强前处理工序控制，提高氧化和碳化一次性合格率，减少废品率。
（3）改进拉伸工艺，提高碳纤维产品的强度和模量。
2. 发展趋势：
（1）开发新型有机溶剂和纤维材料，实现生产工艺绿色化和高效化。
（2）探索碳纤维半连续生产技术，提高生产效率，降低成本。
（3）加强碳纤维复合材料研究，拓展碳纤维应用领域。
四、结语
二甲基亚砜一步法碳纤维用聚丙烯腈原丝生产工艺是目前碳纤维生产中应用广泛的一种工艺，具有工艺稳定、原材料易得、产品性能优异等特点。但是，在实际应用中仍然存在一些技术瓶颈和问题，需要进一步深入研究和优化。未来，随着碳纤维市场需求的增加，碳纤维生产技术也将继续发展，为行业发展带来更多机遇。
碳纤维上浆剂的开发和研究进展
一综合评述 ２０１２年纪代饧织校 第５期
碳纤维上浆剂的开发和研究进展
马刚峰’，徐泽夕。，常青 ，王新欣 ，刘书铖’
（１．河南永煤碳纤维有限公司，河南商丘４７６０００；２．开封龙宇化工有限公司，河南开封４７５２０１）
摘要：在碳纤维生产过程中，上浆是一道重要的工序，上浆剂在碳纤维的性能方面扮演着重要的角色。 首先介绍了碳纤维上浆剂的类型、合成方法及上浆工艺，然后重点阐述了上浆剂对碳纤维表面及复合材料的 影响。已有研究结果表明：上浆后碳纤维表面形成一层光滑、连续、平整的薄膜，使其耐磨性、毛丝量都有所改 善；上浆碳纤维与基体树脂不易剥离，增强了碳纤维层间剪切的强度。 关键词：碳纤维；上浆剂；工艺；复合材料 中图分类号：ＴＱ３４２．７４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－－２６５Ｘ（２０１２）０５－－００６１－－０４
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｓｉｚｉｎｇ Ａｇｅｎｔ ＭＡ Ｇａｎｇｆｅｎｇ ，ＸＵＺｅｘｉ。，ＣＨＡＮＧ Ｑｉｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｘｉｎｘｉｎ ，ＬＩＵＳｈｕｃｈｅｎｇ （１．Ｈｅｎａｎ Ｙｏｎｇｍｅｉ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｑｉｕ ４７６００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｋａｉｆｅｎｇ Ｌｏｎｇｙｕ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｋａｉｆｅｎｇ ４７５２０１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ．Ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｓｉｚｉｎｇ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｓｉｚｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｈａｓ ａ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｔｙｐｅｓ ａｎｄ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｉｚｉｎｇ ａｇｅｎｔ ａｎｄ ｓｉｚｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｉｔ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｉｚｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｔｈｅ
碳纤维上浆剂工艺流程
碳纤维上浆剂工艺流程
1.引言
1.1 概述
概述部分的内容可以描述碳纤维上浆剂工艺流程的背景和重要性。以下是一个例子：
概述
碳纤维作为一种轻、强度高的复合材料，在航空航天、汽车制造、体育用品等领域具有广泛应用前景。然而，原始的碳纤维并不具备足够的机械强度和耐磨性，需要通过上浆剂的处理来增强其性能。碳纤维上浆剂工艺流程就是实现这一目的的关键步骤。
在碳纤维上浆剂工艺流程中，上浆剂是重要的组成部分。上浆剂的主要功能是填充碳纤维之间的空隙，提高纤维的内聚力和机械强度，同时保护纤维表面不受外界环境的影响。上浆剂的选择和上浆工艺的控制将直接影响到最终复合材料的性能。
本文将介绍碳纤维上浆剂工艺流程的关键步骤和要点，旨在帮助读者了解该工艺的基本原理和操作流程。首先，我们将概述文章的整体结构和各个章节的内容，然后详细介绍工艺流程中的每一个环节，并总结当前工艺的优缺点。最后，我们将展望未来碳纤维上浆剂工艺的发展方向，以期为相关研究提供参考。
通过深入了解碳纤维上浆剂工艺流程，可以帮助我们更好地掌握碳纤维复合材料的制备技术，提高其性能和应用范围。同时，对于工艺优化和新工艺的开发也具有重要指导意义。接下来，我们将逐一介绍文章各个章节的内容，以期达到全面、系统地讲述碳纤维上浆剂工艺流程的目的。
1.2 文章结构
文章结构部分内容如下：
本文主要分为三个部分，分别是引言、正文和结论。
在引言部分，我们会对碳纤维上浆剂工艺流程进行概述，介绍其背景和重要性。同时，我们会给出本文的结构和目的，从而让读者对接下来的内容有个整体的了解。
接下来是正文部分，其中包括第一个要点、第二个要点和第三个要点。这三个要点将逐一介绍碳纤维上浆剂工艺流程的关键步骤和相关技术知识。我们将详细讲解每个要点的内容，包括其原理、操作方法和实际应用等方面的知识，以便读者能够全面了解和掌握碳纤维上浆剂工艺流程。
最后是结论部分，我们将对整篇文章进行总结，回顾本文所介绍的碳纤维上浆剂工艺流程的重点和要点。我们会强调其在实际应用中的优势和意义，并展望未来的发展方向和潜力。
碳纤维上浆剂的研究进展_代志双
学术论文RESEARCH
2012 年第 20 期・航空制造技术95[摘要] 综述了碳纤维上浆剂组成，上浆剂对碳纤维表面性能、与树脂的浸润性能和粘结性能影响。关键词： 碳纤维 上浆剂 表面性质 界面 [ABSTACT] The component of sizing is described . The effects of sizing on carbon fi ber surface properties, wettability and interfacial adhesion between carbon fiber and resin matrix are also summarized.Keywords: Carbon fi ber Sizing Surface proper-ties Interface碳纤维具有优良的力学性能，被誉为21世纪的新型材料。因其具有模量高、强度大、比重小、耐高温、抗疲劳、抗腐蚀等一系列优异的性能，其与先进树脂形成的复合材料在现代航空航天尖端技术领域及体育休闲用品、土木建筑、电子产品、医疗器械等领域有着广泛的应用[1-2]。但是，碳纤维是脆性材料，在生产及加工过程中，经机械摩擦容易起毛，或出现单丝断裂等现象，使碳纤维的强度降低[3-4]。而且，由于毛丝的存在，树脂基体不能充分润湿碳纤维，在复合材料制备中容易产生孔隙，从而影响复合材料的力学性能[5]。另外，毛丝的存在还会对工作环境产生影响，可能会造成电器设备、仪表等断路事故，严重影响生产和安全，也会对操作人员的健康带来危害[6-7]。目前，对碳纤维进行上浆处理是解决上述问题的主要方法。上浆就是在经表面处理的碳纤维表面上涂一层保护层，其基本组成为有机物，厚度约为几十至几百nm，质量分数一般在0.8%~1.5%之间。一般认为上浆剂的主要作用是减少纤维起毛断丝现象，使碳纤维集束，改善其加工性能并起到保护作用。1 碳纤维上浆剂碳纤维上浆剂可分为两种，一种是溶液型的，是将有机树脂，如聚乙烯醇、醋酸乙烯酯聚合物、丙烯酸的聚合物、聚氨酯、环氧树脂等，溶解在丙酮等有机溶剂中配制而成；另一种是乳液型的，是以一种树脂为主体，配以一定量的乳化剂，少量或没有交联剂以及其他助剂制成的乳液。溶液型上浆剂需要大量易燃的有机溶剂，有很多缺点，会带来经济、安全、卫生等方面的问题。因而国外广泛采用乳液型上胶剂[8]，它一般不易在导辊上留下树脂，又无溶剂污染环境，而且由于乳液中含有表面活性剂，可以大大提高碳纤维表面的被润湿性。1.1 主体聚合物主体聚合物是碳纤维上浆剂的主要成分，选择的原则是要求其制备成的上浆剂对所浆纤维具有良好的粘着性，并能形成良好的浆膜，同时要求浆料的物理、化学性质稳定，浆料来源充足，配方简单。根据“相似相溶”原理，当纤维与上浆剂之间的化学结构和主要基团的极性相似时，两者之间有良好的粘着性。碳纤维上浆剂的品种很多，主要是与基体树脂相匹配。对于一定的基体树脂，必须选用合适的上浆剂。目前国际上使用的上浆剂主体聚合物主要有环氧树脂、醋酸乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、酚醛树脂等[9]。近年来人们对以环氧基团为主体的上浆剂研究较多[10]。国外以往所使用过的环氧碳纤维上浆剂，有芳香族缩水甘油醚及芳香族缩水甘油胺等。最初的双酚A二缩水甘油醚上浆剂，由于使用了和树脂基体同样的化合物，所以与纤维和树脂基体的粘合性较好。但是碳纤维在织造时，所需的抱合力，特别是可挠性，不能满足加工要求，该上浆剂对织造时的起毛断丝现象并没有产生一定抑制作用。采用OPE非离子表面活性剂作为乳化剂，将双酚A型环氧树脂乳化制成水性乳状液的上浆剂，该上浆剂未使用溶剂，没有毒性及易燃的危险，不污染环境，但乳化剂的种类和用量是特定的，并不能充分达到上浆剂抑制纤维织造时产生毛羽和断丝的作用，以及上浆剂增加复合材料的层间剪切强度的作用。N、N、N、N一四缩水甘油醚基苯二胺作为上浆剂，可使碳纤维和增强树脂的粘结性良好，该上浆剂比双酚A二缩水甘油醚更好，可使复合材料的层间剪切强度有所改善。但因其含有胺基，环氧基经常发生变化，使处理的碳纤维随时间的变化失去可挠性，变成硬态。该碳纤维在织造碳纤维上浆剂的研究进展Development of Carbon Fiber Sizing北京航空航天大学材料科学与工程学院空天材料与服役教育部重点实验室 代志双 李 敏 张佐光中航工业北京航空材料研究院 石峰晖 张宝艳学术论文RESEARCH
T1000 级碳纤维及其复合材料研究与应用进展
摘要
本文介绍了 T1000 级碳纤维的发展历程，综述了 T1000 级碳纤维及其复合材料的研究及应用情况，指出了国产 T1000 级碳纤维应用研究需要关注的问题。
1 引言
碳纤维是一种碳元素组成占总质量 90％以上，具有高强度、高模量、耐高温等优点的纤维材料。最早可追溯至 18 世纪的爱迪生和斯旺，1959年日本首先发明了聚丙烯腈（PAN）基碳纤维，而当下碳纤维的核心技术和产能被日本、美国以及一些欧洲发达国家和地区掌控。
T1000 级碳纤维作为碳纤维中的高端产品，在航空航天领域有着极大的用途。高性能碳纤维的研究可以改善固体火箭发动机消极质量、提升载药量、提高质量比，对于先进武器的发展研究以及航天探索有重大意义。目前国外已经大量使用T1000 级碳纤维的缠绕容器和固体火箭发动机壳体，因此开展国产T1000级碳纤维及其复合材料的应用研究迫在眉睫。
碳纤维的制备包括物理、化学、材料科学等多个领域的内容，总体分为纺丝原液的聚合、聚丙烯腈原丝的纺制、预氧化和碳化三个步骤，有众多因素需要调控。根据缺陷理论和最弱连接理论，制备过程中产生的缺陷是影响碳纤维性能的主要因素，为保证碳纤维的性能，需要对每个工艺流程中工艺参数精准调控，由于加工过程中的各参数之间相互作用十分复杂，且目前一些工艺流程中的实际形成和演变机理不明，也使得高性能碳纤维，尤其是 T1000 级碳纤维的研制有很大困难。
T1000 级碳纤维的研究主要包括碳纤维本身性能的研究、碳纤维复合材料的改性研究、碳纤维复合材料使用性能的研究几个方面。由于 T1000 级碳纤维本身的高性能、价格昂贵等原因，且国产 T1000 级碳纤维还没有正式投入应用的报道，在实际应用方面主要介绍国外 T1000 级碳纤维在航空航天以及其他领域的应用情况。
2 T1000 级碳纤维性能研究现状
1962 年正式开展 PAN 基碳纤维的研制，1986 年研制出 T1000G 碳纤维。2014 年 3 月，通过碳化精细控制技术在纳米层级内控制纤维结构，成功研发出
异氰酸酯基偶联剂改性PAN基碳纤维增强聚三唑复合材料的研究
研究与开发 合成纤维工业，２０１３，３６（４）：９ＣＨＩＮＡ ＳＹＮＴＨＥＴＩＣ ＦＪＢＥＲ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
异氰酸酯基偶联剂改性ＰＡＮ基碳纤维
增强聚三唑复合材料的研究
葛雅琨，扈艳红 ，杜磊，沈程，王寒，李智鹏，葛宇
（华东理工大学材料科学与工程学院特种功能高分子材料及相关技术教育部重点实验室，上海２００２３７）
摘 要：采用异氰酸酯基偶联剂（Ａ ）对聚丙烯腈（ＰＡＮ）基碳纤维表面进行处理，制备了碳纤维增强聚三 唑（ Ａ）复合材料；考察了偶联剂Ａ１改性ＰＡＮ基碳纤维的工艺；对比了溶剂丙酮中水分的影响。结果表 明：工业丙酮为溶剂时，加入偶联剂Ａ】缩短了ＰＴＡ树脂胶液贮存期，需现配现用；偶联剂Ａ１处理ＰＡＮ基碳 纤维，预处理法使１－７ｏｏ碳纤维布／增强复合材料剪切强度提高３９．２％，迁移法提高９．５％，相比用分析纯丙 酮为溶剂的体系，改性效果降低；偶联剂Ａ，在ＰＡＮ基碳纤维表面生成脲类等极性化合物，增强了与树脂基 体的氢键吸附，改善了复合材料的界面粘结，但工业丙酮中的水分消耗了偶联剂的作用基团，过量的杂质削 弱了偶联剂与纤维的化学作用。 关键词：聚丙烯腈基碳纤维聚三唑异氰酸酯基偶联剂界面改性剪切强度 中图分类号：ＴＱ３４２ ．７４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１．００４１（２０１３）０４．０００９．０４
２００２年以来，华东理工大学研发了新型的聚 三唑（ＰＴＡ）树脂体系－１－３ ３，是一类新型的可低温
固化、耐高温使用的先进复合材料树脂基体，具有
较高的玻璃化转变温度（２１８～３２４ ｏ【＝）和优良的 力学性能。聚丙烯腈（ＰＡＮ）基碳纤维增强的ＰＴＡ
树脂复合材料具有较高的力学强度，但由于碳纤
维表面均经过适用于环氧树脂等通用树脂的上浆 剂处理影响了复合材料的界面性能，碳纤维增强
的ＰＴＡ树脂复合材料的性能仍有提升的空 间 －８］。作者在前期的研究中制备了一类含氮的
偶联剂对碳纤维进行表面改性处理，可以明显提
热塑性碳纤维上浆剂的研究进展
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热塑性碳纤维上浆剂的研究进展
作者：杨刚 孟秀青 潘洋 高磊
来源：《现代纺织技术》2017年第05期
摘要：上浆剂在碳纤维生产和应用过程中起着非常重要的作用。通过分析热固性碳纤维上浆剂与热塑性树脂基体之间存在的相容性差、加工成型不匹配等问题，指出了研究开发热塑性碳纤维上浆剂才是解决实际应用的有效途径。分类综述了以聚氨酯、聚酰亚胺及聚芳醚等为主体聚合物的热塑性碳纤维上浆剂的研究进展，并介绍了近年来国外碳纤维生产企业针对热塑性碳纤维上浆剂的实际应用情况，为今后相关研究提供借鉴和参考。
关键词：碳纤维；上浆剂；热塑性树脂；复合材料
中图分类号：TS105.21
文献标志码：A
文章编号：1009-265X（2017）05-0062-04
Abstract：Sizing agent is important to the process of producing and applying carbon fiber. In this
paper， the problems of low compatibility and unmatched processing between thermosetting carbon
fiber sizing agent and thermoplastic resin matrix were analyzed， and it was proposed to develop and
research thermoplastic carbon fiber sizing agent for practical application. Introduction was made to
the research progress of thermoplastic carbon fiber sizing agents respectively containing
一种刀具及其加工方法
第３ｌ卷第３期 ２００６年６月 高科丝纤维与应月） Ｈｉ－Ｔｅｃｈ ｌ ｉｂｅｌ‘＆ ￣ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｖ０Ｉ．３ｌ Ｎｏ．３ Ｊｉｉｎ．２００６ 聚丙烯腈碳纤维原丝的制备方法 聚丙烯腈碳纤维原丝的制备方法，将丙烯腈 与少量的丙烯酸甲酯、衣康酸溶解在４９％～５４％ 硫氰酸钠溶液ｌｆＪ进行均相聚合，形成的聚合体留在 硫氰酸钠溶液ｌｌＩ］，成为均相高分子溶液一原液， 经多级精密过滤、脱泡、调温后纺丝：纺丝以组合 喷丝板喷丝，顺流长浸浴凝固成型，经水沈、两段 水浴牵伸、上油、热辊烘干后，即制得性能优异的 聚丙烯腈碳纤维原丝，生产流程短，＿Ｔ艺简单，采 用先水洗后牵伸的工艺，通过调整牵伸倍数和牵伸 浴长度制得断裂伸长均匀的原丝，使产品的断裂伸 长不匀率控制在ｌ０％以内，聚丙烯腈碳纤维原丝 是制备阻燃性能优异的聚丙烯腈基预氧化纤维和高 强高模聚丙烯腈基碳纤维的原料。 专利中请号：０３１０９１ ４１．５：公开号：ＣＮＩ ５ ３６１ ０７ 中请人：中国石油天然气集团公司；中国石油兰州化学工 业公司 碳纤维用上浆剂、使用该上浆剂的 碳纤维上浆方法、上浆剂处理过的 碳纤维和使用该碳纤维的编织物 本发明涉及以质量比在ｌ／６～１／３的范嗣内含 有水溶性热塑性树脂和两性表面活性剂的碳纤维 用上浆剂、使用含有上述上浆剂的上浆液处理碳 纤维的碳纤维上浆方法、在其表面附着有上述上 浆剂的上浆处理过的碳纤维、和至少一部分使用 该碳纤维的编织物。本发明的碳纤维用上浆剂， 在火范围ｐＨ区域中的水溶解性良好，能够赋予 碳纤维在稳定制成切短碳纤维形态时充分的集束 性、优异的加工性、和在大范嗣ｐＨ区域水ＩｌＩｌＩ的 良好的等分散性。本发明的编织物，由于对于火 范罔ｐＨ区域的水具有亲和性，所以适用于使该 编织物浸渍在水系基质ｒＩｌｌ进行含浸的用途。 专利中请号：０２ ８１ ４８ ５ ７．６；公开号：ＣＮＩ ５ ３ ７１ ８８ 申请人：日本三菱丽阳株式会社 电子发射元件驱动方法、电子 源驱动和制造方法及显示器 一种电子发射元件的驱动方法，在形成有由 碳纤维集合体构成的电子发射体的阴极和与该阴 极对向配置的对向电极之问施加电压，从所述电 子发射体发射电子，其特征足：将驱动开始之前 在所述阴极与所述对向电极之间施加的最大电压 设定为最人施加电压 通过在所述阴极与所 述对向电极之间施加比所述最大施加电压 ． 小 的驱动电压Ｖ来驱动所述电子发射元件。 专利中请号：２００４１ ０００ ３５ ２５．７；公开号：ＣＮＩ ５ ３４５ ５８ 申请人：日本佳能株式会社 纳米碳管的制备 木发明旨在提供用于制备纳米碳管和纳米碳 纤维的方法以及由此制备的纳米碳管和纳米碳纤 维，所述方法包括将选择性地含有表面活性剂的 金属纳米粒子的胶体溶液以气相的形式与选择性 的碳源一起导入热反应器。根据本发明，可容易 地控制纳米碳管和纳米碳纤维的外形和结构，可 人规模连续地制造纳米碳管和纳米碳纤维，简化 纳米碳管和纳米碳纤维的制造设备及方法，从而 可 易且成本低廉地制得具有各种外形、结构和 性能的纳米碳管和纳米碳纤维。此外，本发明的 方法具有高度的重现性和工业应用价值。 专利中请号：０１ ８２ ３４９４．１；公开号：ＣＮＩ ５ ３５２４６ 申请人：韩国ＫＨ化学有限公司 等离子空气净化器 一种等离子空气净化器，其一侧装有连接着 高电压的放电极，另一侧设有分别与高电压与地 卡｝］连接，用于捕状带电灰尘的捕荻极；放电极上 安装了使其能够产生强烈电流放电的碳纤维束。 本发明可显著提高对含仃大量的灰尘或有害气体 空气的净化能力。 专利中请号：０３１ ２１ ０１９．８：公开号：ＣＮＩ ５３２００１ 申请人：乐金电子（天津）电器有限公司 一种刀具及其／Ｊｎｍ方法 本发明涉及一种刀具及其加工方法，该刀具 包括刀体、刀刃和刀柄组成，其特征在于刀刃上 月ｊ激光熔覆有纳米碳纤维、纳米陶瓷、粘接剂和 微米级硬质合金组成的混合体的合金强化涂覆 层，得到覆层均匀、高耐磨的刀具刃口。经过改 进的这种刀具在刀具刃口产生一层致密、均匀、 并与基体冶金结合的涂层。实现硬度、应力和材
纱线上浆剂
经纱上浆剂配方
配方1 纺织浆料粉
膨化玉米淀粉 0．85份 、三聚磷酸钠 0．05份 、氧化聚乙烯蜡 0．08份
苯甲酸钠 0．02份
描述 按配比混合均匀后过筛，包装即得成品。使用时取纺织浆料粉1kg，加入20kg冷水，搅拌均匀即可使用，用法同一般的纺织浆料。该纺织浆料的特点是用其浆出的线软硬合适，手感好，断线率明显减少。
配方2 合成纤维纱线、线束的润滑和上胶浆
A相混合物 C6～16烷基苯基聚乙二醇醚磷酸酯 l 75%
A相混合物 甲基环氧乙烷一环氧乙烷共聚物(相对分子质量1 100) 10 75%
B相混合 磺化橄榄油 20 25%
B相混合 蓖麻油聚氧乙烯(4)醚 20 25%
B相混合 羟乙胺／蓖麻醇酸缩聚物 60 25%
描述 上述物料的8％水乳化液用于聚丙烯线束的上胶，能使聚丙烯纤维在拉伸、纺织和捻线时高度黏合。
配方3 纺织品的复合上浆剂
聚乙烯醇(皂化度98．8％) 300g 玉米淀粉 200g 氢氧化钠水溶液(30％) 130g
丙烯酰胺水溶液(50％) 426g 聚乙二醇 5g
描述 将前两组分混合后，添加氢氧化钠水溶液在40℃反应1h，再添加丙烯酰胺水溶液和聚乙二醇，在40℃反应6h，即可得到低胶化温度和良好相容性，的改性聚乙烯醇复合上浆剂。含有8％上述上浆剂的上浆液，60℃用于棉纱上浆，黏着力、浆纱毛羽均符合要求，在25℃和相对湿度65％时，伸长率为5．9％。
配方4 醋酸丝无捻整理上浆
聚丙烯酸酯 2％～2．5％ 骨胶 2．5％～3％
聚乙烯醇 2％～2．5％ 渗透剂 适量
抗静电剂 适量 浆料黏度 73～80s
描述 用山东昌邑纺机厂的GD301浆丝机，使醋酸丝先进烘房，烘至六至七成千，浆膜基本形成再上K144三锡林浆丝机。用浸、挤浆联合上浆方式。上浆车速要适当，浆温以55～60℃为宜，烘房温度在80℃左右，烘筒表面温度为一高一低，最低温度不低于45℃，最高温度不超过80℃(冬夏不同)。在上浆过程中必须控制伸长率，若过大则强力降低、增加织造中的起毛和断头；若过小则会使经丝之间相互翻滚造成滚绞。常州锦华绸厂采用上述工艺技术后，好轴率达到99％，使织造能顺利进行。