上浆剂是涂覆在碳纤维短切表面的一层薄型有机涂层,其类型与性能对碳纤维短切在后续复合材料制备中的表现有直接影响。不同的基体树脂体系需要匹配相应的上浆剂,才能实现良好的界面结合。以下介绍几种常见上浆剂类型及其适用场景。
环氧类上浆剂是较为通用的一种,适用于环氧树脂及部分热塑性树脂体系。这类上浆剂与碳纤维表面的含氧基团反应形成化学键,同时其环氧基团可与环氧树脂中的固化剂或羟基发生反应,形成交联网络。当用于热塑性树脂如聚酰胺时,环氧上浆剂可以起到“过渡层”的作用,通过其与聚酰胺的相容性实现一定的界面结合。但直接用于聚烯烃体系时效果欠佳。
聚氨酯类上浆剂具有良好的柔韧性和耐磨性,适用于要求较高冲击性能的复合材料体系。这类上浆剂与碳纤维的结合强度较好,同时与多种热塑性树脂如聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯等具有一定相容性。聚氨酯上浆剂的耐热等级一般在150至200摄氏度范围内,对于加工温度超过此范围的高温热塑性树脂如聚醚醚酮,则需选用耐温等级更高的上浆剂。
聚酰胺类上浆剂专门用于以聚酰胺为基体的复合材料。这类上浆剂与尼龙基体化学结构相似,能够在界面区形成共结晶或分子链缠结,从而提供较强的界面结合。使用聚酰胺上浆剂处理的碳纤维短切,在尼龙6或尼龙66基体中的分散性和增强效果通常优于通用型上浆剂。
对于聚丙烯基体,常规上浆剂难以提供满意界面,需要使用含有酸酐基团或与聚丙烯相容的上浆剂。此外,一些改性上浆剂中还添加了导电或导热填料,以赋予碳纤维短切额外的功能特性。
在使用碳纤维短切时,应向供应商明确基体树脂类型,以便提供匹配的上浆剂产品。不匹配的上浆剂可能导致界面疏松、力学性能大幅下降。在开发新型复合材料时,可通过测试不同上浆剂处理的碳纤维短切样品,对比复合材料的力学性能,以确定最佳匹配方案。
