碳纤维上浆剂及其对复合材料界面性能的影响研究进展
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Yu Guang，Wei Huazhen，Li Dayong，et al. Research progress of carbon fiber sizing agent and its effects on interface properties of composites[J]. Engineering Plastics Application，2019，47(2) ：143–147.
关键词：碳纤维；上浆剂；界面；复合材料；改性 中图分类号：TQ327.3 文献标识码：A 文章编号：1001-3539(2019)02-0001-05
Research Progress of Carbon Fiber Sizing Agent and Its Effects on Interface Properties of Composites
Yu Guang，Wei Huazhen，Li Dayong，Gao Shouzhen，Luo Changhong，Ma Kaibao，Wang Xiaoli
(Shandong Institute of Non-metallic Materials，Jinan 250031，China)
Abstract ：Firstly，the function and classification of carbon fiber sizing agents were introduced，the sizing agents were mainly divided into three types: solution type, emulsion type and water-soluble type，and their respective characteristics were pointed out. Then the preparation of sizing agent and its matching with epoxy resin，polypropylene，polyether ketone resins，polyether sulfone， polyvinylidene fluoride，polyamide and other resin matrix were reviewed，and the effects of sizing agents on the interface properties of composites were emphasized. Finally, it was pointed out that high performance, multi-function and further fine differentiation would be the focus of future development of carbon fiber sizing agents.
Baidu Nhomakorabea
通讯作者：李大勇，硕士，研究员，主要研究方向为非金属复合材料技术 E-mail ：15965639188@163.com 收稿日期：2018-12-27 引用格式：于广，魏化震，李大勇，等 . 碳纤维上浆剂及其对复合材料界面性能的影响研究进展 [J]. 工程塑料应用，2019，47(2) ：143–147.
碳纤维的生产过程中，“上浆”是生产高质量碳纤维的核心 技术之一 。 [11]
碳纤维的上浆工艺非常复杂，纤维牵引的速度、张力以 及上浆剂的成分、浓度、温度等因素都对上浆质量有重要影 响。首先碳纤维经过导丝辊浸没于上浆剂中，在一定的转速 下上浆剂均匀地粘附在碳纤维上，然后通过干燥处理在碳纤 维表面形成一层薄的上浆剂。在复合材料中，上浆剂层为 中间相，处于增强体碳纤维和基体树脂之间，因此上浆剂的 物理和化学特性决定着碳纤维与树脂基体之间的粘结强度 [12–13]。只有碳纤维与树脂之间的粘结强度足够高，树脂才能 将应力有效地传递给增强体碳纤维，从而使碳纤维充分发挥 其高强度、高模量的优点，使整个复合材料的综合性能达到 最大化 [14]。不同的树脂基体应匹配不同的上浆剂，目前最主 要的碳纤维上浆剂为环氧树脂型，其上浆工艺、配方都已十
第 47 卷，第 2 期 2019 年 2 月
工程塑料应用
ENGINEERING PLASTICS APPLICATION
doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2019.02.026
Vol.47，No.2
143
Feb. 2019
碳纤维上浆剂及其对复合材料界面性能的影响研究进展
于广，魏化震，李大勇，高守臻，罗长宏，马开宝，王晓立
( 山东非金属材料研究所，济南 250031)
摘要：首先介绍了碳纤维上浆剂的作用及分类，将上浆剂主要分为溶液型、乳液型、水溶型 3 类并指出了各自的 特点。然后综述了上浆剂的制备及其与环氧树脂、聚丙烯、聚醚酮类树脂、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚酰胺等树脂基体的 匹配情况，着重介绍了上浆剂对复合材料界面性能的影响。最后指出高性能化、多功能化、进一步细分化将是碳纤维 上浆剂未来发展的重点。
Keywords ：carbon fiber ；sizing agent ；interface ；composite ；modification
碳纤维 (CF) 具有极高的比强度和比模量 [1–2]，这使得其 在结构材料的轻量化方面具有广泛的应用，被誉为 21 世纪 新材料之王 [3]。相比于玻璃纤维和有机聚合物纤维，碳纤维 在高温下依然具有高的强度和模量 [4–5]，除此之外，碳纤维还 具有高的热导率和电导率、低的热膨胀系数、高的抗腐蚀性 等特点 [6]，其杰出的综合性能使得碳纤维在航空、航天、清洁 能源、交通、体育器材等行业具有重要且广泛的应用 [7–8]。碳 纤维主要有 3 种：聚丙烯腈 (PAN) 基碳纤维、黏胶基碳纤维、 沥青基碳纤维 [9]，市面上的碳纤维绝大部分是 PAN 基碳纤 维，其基本的生产工艺过程主要包括纺丝、预氧化、炭化、表 面处理、上浆和深加工等，从原料到最后得到碳纤维产品，纤 维要经过多次滚筒缠绕，纤维与滚筒之间相互摩擦使碳纤维 表面产生毛丝，这不仅影响碳纤维的集束性，而且使碳纤维 的本体强度以及碳纤维与树脂的粘结强度下降 [10]。因此在
关键词：碳纤维；上浆剂；界面；复合材料；改性 中图分类号：TQ327.3 文献标识码：A 文章编号：1001-3539(2019)02-0001-05
Research Progress of Carbon Fiber Sizing Agent and Its Effects on Interface Properties of Composites
Yu Guang，Wei Huazhen，Li Dayong，Gao Shouzhen，Luo Changhong，Ma Kaibao，Wang Xiaoli
(Shandong Institute of Non-metallic Materials，Jinan 250031，China)
Abstract ：Firstly，the function and classification of carbon fiber sizing agents were introduced，the sizing agents were mainly divided into three types: solution type, emulsion type and water-soluble type，and their respective characteristics were pointed out. Then the preparation of sizing agent and its matching with epoxy resin，polypropylene，polyether ketone resins，polyether sulfone， polyvinylidene fluoride，polyamide and other resin matrix were reviewed，and the effects of sizing agents on the interface properties of composites were emphasized. Finally, it was pointed out that high performance, multi-function and further fine differentiation would be the focus of future development of carbon fiber sizing agents.
Baidu Nhomakorabea
通讯作者：李大勇，硕士，研究员，主要研究方向为非金属复合材料技术 E-mail ：15965639188@163.com 收稿日期：2018-12-27 引用格式：于广，魏化震，李大勇，等 . 碳纤维上浆剂及其对复合材料界面性能的影响研究进展 [J]. 工程塑料应用，2019，47(2) ：143–147.
碳纤维的生产过程中，“上浆”是生产高质量碳纤维的核心 技术之一 。 [11]
碳纤维的上浆工艺非常复杂，纤维牵引的速度、张力以 及上浆剂的成分、浓度、温度等因素都对上浆质量有重要影 响。首先碳纤维经过导丝辊浸没于上浆剂中，在一定的转速 下上浆剂均匀地粘附在碳纤维上，然后通过干燥处理在碳纤 维表面形成一层薄的上浆剂。在复合材料中，上浆剂层为 中间相，处于增强体碳纤维和基体树脂之间，因此上浆剂的 物理和化学特性决定着碳纤维与树脂基体之间的粘结强度 [12–13]。只有碳纤维与树脂之间的粘结强度足够高，树脂才能 将应力有效地传递给增强体碳纤维，从而使碳纤维充分发挥 其高强度、高模量的优点，使整个复合材料的综合性能达到 最大化 [14]。不同的树脂基体应匹配不同的上浆剂，目前最主 要的碳纤维上浆剂为环氧树脂型，其上浆工艺、配方都已十
第 47 卷，第 2 期 2019 年 2 月
工程塑料应用
ENGINEERING PLASTICS APPLICATION
doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2019.02.026
Vol.47，No.2
143
Feb. 2019
碳纤维上浆剂及其对复合材料界面性能的影响研究进展
于广，魏化震，李大勇，高守臻，罗长宏，马开宝，王晓立
( 山东非金属材料研究所，济南 250031)
摘要：首先介绍了碳纤维上浆剂的作用及分类，将上浆剂主要分为溶液型、乳液型、水溶型 3 类并指出了各自的 特点。然后综述了上浆剂的制备及其与环氧树脂、聚丙烯、聚醚酮类树脂、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚酰胺等树脂基体的 匹配情况，着重介绍了上浆剂对复合材料界面性能的影响。最后指出高性能化、多功能化、进一步细分化将是碳纤维 上浆剂未来发展的重点。
Keywords ：carbon fiber ；sizing agent ；interface ；composite ；modification
碳纤维 (CF) 具有极高的比强度和比模量 [1–2]，这使得其 在结构材料的轻量化方面具有广泛的应用，被誉为 21 世纪 新材料之王 [3]。相比于玻璃纤维和有机聚合物纤维，碳纤维 在高温下依然具有高的强度和模量 [4–5]，除此之外，碳纤维还 具有高的热导率和电导率、低的热膨胀系数、高的抗腐蚀性 等特点 [6]，其杰出的综合性能使得碳纤维在航空、航天、清洁 能源、交通、体育器材等行业具有重要且广泛的应用 [7–8]。碳 纤维主要有 3 种：聚丙烯腈 (PAN) 基碳纤维、黏胶基碳纤维、 沥青基碳纤维 [9]，市面上的碳纤维绝大部分是 PAN 基碳纤 维，其基本的生产工艺过程主要包括纺丝、预氧化、炭化、表 面处理、上浆和深加工等，从原料到最后得到碳纤维产品，纤 维要经过多次滚筒缠绕，纤维与滚筒之间相互摩擦使碳纤维 表面产生毛丝，这不仅影响碳纤维的集束性，而且使碳纤维 的本体强度以及碳纤维与树脂的粘结强度下降 [10]。因此在