碳纤维表面上浆量的测试方法研究
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耐热型碳纤维上浆剂工艺研究及效果评价
１ ． １ 原 料
自产Ｔ ７ ０ ０ — ６ Ｋ碳纤 维 ，上浆 剂 由复旦 大学研 制 。
１ ． ２ 上浆工艺
朱 上浆 的 碳纤 维 经导 辊 进 入 上浆 槽 ，经 浸 润 后 ，再
称 取约 ２ ｇ ｉ ￣样 ，烘箱 中干燥 ｌ ｈ ，再 以 丙酮萃 取 ２ ｈ
后 ，烘 干称 重 。 １ ． ３ ＿ ３ 层 问剪切 强度
二二 亘丽
耐热型碳纤维上浆剂工艺研究及效果评价
文 Ｉ马祥林 任 婷 王俊峰 蒋元力
摘要 ：以接触角 、表 面能 、耐磨时 间、毛丝量 、力学性能和 层间剪切强度等测试方法 ，研究 而 寸 热 型碳 纤维上
浆剂在 不同浓 度下对纤 维 上浆效 果的影响 。结 果表明 ，该碳纤维 上浆 剂的耐热温度高达３ ４ ０－ Ｃ 浓度为２ ． ５ ％为 最佳工 艺控制指标 ；与裸丝比较 ，上浆后纤维 的接 触 角降低 、毛丝量 大幅减 少，表面能 耐磨时 、力学性能
Ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ Ｐｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ
碳 纤维 生 产过 程 ｌ ｌ ｝ １ ，上 浆 剂 在改 善 纤维 表 面 性 能和 保 护 纤 维等 方 面起 重要 作 用 ，可增 加 丝 束的 集 束 性 ，改
善纤 维界 币 能 ，有效 降 低 丝 束损 伤 ，利 于 浸 润 ，从而
１ ３ ． ５ ３ ％。说 明该 上浆 剂 的分 解 温 度高 ，残 留率 低 ，适 用
图 ３ 不 同质量分数的上浆剂上浆后纤维的表面形态
２ ． ３ 毛丝量和耐磨性能
以 质 量分 数 为２ ． ５ ％的 上 浆剂 对 裸纤 维 进 行 上浆 ，纤 维 以０ ． ２～ ０ ． ５ ｍ／ ｍｉ ｎ 的速 度匀速 经 过 ２枚 聚氯 酯软 泡 夹 层 ，称 量 ｌ ０ ｍｉ ｎ 后软 泡 的质量 变化 量 ，即纤维 的毛 丝 量 ，
上浆剂研究进展
上浆剂研究进展
硼改性酚醛树脂
利用硼酸等改性酚醛树脂，生 成的硼酸树脂具有较高的耐热 抗氧化性和耐水性。这是因为 酚醛树脂酚轻基中的氢被硼原 子取代，赋予其耐水性;在酚 醛树脂的大分子中引入柔性B-O键，改善了脆性并提高了 力学性能。同时，硼及其三维 交联结构提高了耐热和抗氧化 性。特别是双酚A硼酚醛树脂 是一种性能优异的抗氧化、耐 烧蚀上浆剂和涂层剂
上浆剂研究进展
3> 复合上浆剂
部分碳纤维上浆剂并不是单一的水溶性树脂 乳液，而是多元组分的混合乳液。例如，室 温下液态的双酚A的EP828、固EP1001、水 溶性聚氨酯，AP-40以及非离子型表面活性 剂聚氧乙烯型表面活性剂，乳化后的水乳液 的平均粒径为0.3~0.8μm、水乳液的粘度在 50cp以下
⑴与碳纤维及其基体树脂的粘结性好。 ⑵为水系乳化液，乳化后均匀、稳定、不下沉;乳
液的粒径小，分布范围窄。 ⑶水系乳化液的表面张力小，润湿性好，易在碳
纤维表面铺展成膜，易于渗透入纤维的内部。 ⑷上浆后碳纤维的摩擦性能好，在深加工过程中
不起毛、不断丝。 ⑸深加工后的编织物、预成型物及三维织物的形
用POE非离子 表面活性剂作
为乳化剂
•将双酚A型环氧树脂制成水性乳状液，当做上浆 剂使用。该上浆剂未使用有机溶剂，没有毒性及 易燃性的危险。但是，乳化剂的种类及使用量是 特定的，因此，不能够充分抑止碳纤维织造时产 生的毛丝和断头，起不到提高复合材料的层间剪 切强度的作用
上浆剂研究进展
上浆剂研究进展
.1碳纤维上浆剂国外研究现状
国外碳纤维上浆剂研究较为成熟，各国碳纤维生产厂家已经开发出多种适合 自己产品的上浆剂。维生产工艺中的预氧化，炭化及表面处理等工艺过程各 厂都有自己的核心技术。根据不同要求，各厂都有自己的系列上浆剂，如 Toray 公司的No.1 ~ No. 10 上浆剂，Countalars公司的Neoxail 971， Neoxail 969，Neoxail 8294 等系列上浆剂。但有关上浆剂的技术配方极为保 密，仅有一些相关的专利报道。他们从分子结构的角度进行研究，研制出分 子结构与树脂基体相匹配的乳化剂体系。例如Hiroyasu Ogawa，Mikio Shima 等人采用具有特殊分子结构的物质作为制作炭纤维上浆剂的乳化剂。 按照其上浆剂的用途和主体成分可以分为以几类：
碳纤维上浆技术的研究
c) 柔软剂 使用油脂, 降低明胶粘结剂分子 间的结合力, 使碳纤维浆膜柔软而又富有弹性。
d) 吸湿剂 吸湿剂用来使已浆过的碳纤维吸 收空气中的水分, 提高碳纤维的含湿量, 使其柔软 而富有弹性。选用甘油作吸湿剂, 起到柔软和防腐 作用。
e) 溶剂 选择水作为碳纤维调浆剂。
3 上浆工艺与试验结果分析
关键词: 碳纤维; 浆料; 助剂 中图分类号: TS1551213 文献标 识码: A 文章编号: 1009- 265X ( 2004) 01-0004- 03
由于碳纤维复合材料重量轻、高强、高模, 并 且有导热、导电、耐腐蚀、抗震动, 热膨胀系数小 等良好的综合性能, 因此在国防、航空、纺织、建 筑、体育等领域得到广泛应用。PAN 基碳纤维是制 造高性能复合材料的核心材料。近年来, 以具有两 向性能差异小和成型条件较好的碳纤维织物来制备 各种形式的复合材料发展 很快, 但由于 PAN 基碳 纤维的伸长变性能力小 ( < 2% ) , 在织机上进行交 织时, 由于受到反复的拉伸、摩擦和弯曲等作用, 造成碳纤维起毛, 松散或劈丝, 并使织造时开口不 清晰, 从而导致碳纤维交织难以顺利进行, 同时严 重影响了碳纤维织物的质量。选择合适的上浆剂能 使碳纤维在卷绕、织造等操作 工艺中起到保 护作 用, 防止起毛、劈丝现象的发生。
#5#
现代纺织技术#第 12 卷 ( 2004) 第 1 期
图 1 TM 式摩擦试验仪的结构
表 6 不同浆液的耐磨次数
浆液浓度
纯明胶 明胶+ 增韧剂 明胶+ 全部助剂
3%
5%
7%
9%
ÑÒ ÑÒ ÑÒ ÑÒ
232 241 307 316 418 425 313 318 266 275 362 375 462 471 368 377 284 295 383 391 510 522 390 404
d) 吸湿剂 吸湿剂用来使已浆过的碳纤维吸 收空气中的水分, 提高碳纤维的含湿量, 使其柔软 而富有弹性。选用甘油作吸湿剂, 起到柔软和防腐 作用。
e) 溶剂 选择水作为碳纤维调浆剂。
3 上浆工艺与试验结果分析
关键词: 碳纤维; 浆料; 助剂 中图分类号: TS1551213 文献标 识码: A 文章编号: 1009- 265X ( 2004) 01-0004- 03
由于碳纤维复合材料重量轻、高强、高模, 并 且有导热、导电、耐腐蚀、抗震动, 热膨胀系数小 等良好的综合性能, 因此在国防、航空、纺织、建 筑、体育等领域得到广泛应用。PAN 基碳纤维是制 造高性能复合材料的核心材料。近年来, 以具有两 向性能差异小和成型条件较好的碳纤维织物来制备 各种形式的复合材料发展 很快, 但由于 PAN 基碳 纤维的伸长变性能力小 ( < 2% ) , 在织机上进行交 织时, 由于受到反复的拉伸、摩擦和弯曲等作用, 造成碳纤维起毛, 松散或劈丝, 并使织造时开口不 清晰, 从而导致碳纤维交织难以顺利进行, 同时严 重影响了碳纤维织物的质量。选择合适的上浆剂能 使碳纤维在卷绕、织造等操作 工艺中起到保 护作 用, 防止起毛、劈丝现象的发生。
#5#
现代纺织技术#第 12 卷 ( 2004) 第 1 期
图 1 TM 式摩擦试验仪的结构
表 6 不同浆液的耐磨次数
浆液浓度
纯明胶 明胶+ 增韧剂 明胶+ 全部助剂
3%
5%
7%
9%
ÑÒ ÑÒ ÑÒ ÑÒ
232 241 307 316 418 425 313 318 266 275 362 375 462 471 368 377 284 295 383 391 510 522 390 404
碳纤维表面处理和上浆剂的研究进展
ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｔｉ ｒ ｅ ｓ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｎｄ ａ ｓ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ａ ｇ ｅ ｎ ｔ ｓ ． ＫＥＹ Ｗ ＯＲＤＳ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ；ｃ ｒｂ ａ ｏ ｎ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ；Ｓ ｕ ｆ ｒ ａ ｃ ｅ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ；ｓ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ａ ｇ ｅ ｎ ｔ ；ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｉ ａ ｌ ａ ｄ ｈ ｅ ｓ ｉ ｏ ｎ
摘
要
复合 材料的界面特性 与其 宏观力学性能密切相关 ： 界面 层的厚 度和模量决 定 了界 面处 应力 的传 递 ， 界 面
层 的化 学组 成也会间接影响界面粘结强度 ， 因此研究 复合 材料 界面层 组成及 性能 的影响 因素是 十分必要 的。因
此， 碳纤维 自身的表面物理 、 化 学性 质和碳纤维表面涂覆 的上浆剂 成为 了重 要考虑 因素 。本文结合 日本东丽关 于 碳 纤维表面处理、 上浆剂种类及上浆工艺 的专利及其它 文献 ， 综 述 了表 面处理方 法和上浆 剂种类对 界面粘结性 能
Ｑ Ｉ Ｌ ｅ ｉ ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｙ ａ ｎ ｇ ｔ ａ ｏ ， Ｇ Ａ Ｏ Ｍｅ ｎ ｇ ， Ｚ Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｇ ａ ｎ ｇ ｙ ｉ ，Ｈ Ｕ Ａ Ｎ Ｇ Ｘ ｉ ｎ ｇ ， Ｏ Ｕ Ｙ Ａ Ｎ Ｇ Ｘ ｉ ｎ ｆ ｅ ｎ ｇ
（ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ Ｏ． ， Ｌ Ｔ Ｄ ． ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ３ ７ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｕ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ—ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ｌ ａ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｅ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｗ ｉ ｌ ｌ ｌｓ ａ ｏ ｉ ｎ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ｙ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｆ ｒ ａ ｅ ｉ ｌ ａ ａ ｄ ｈ ｅ ｓ ｉ ｖ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｉ ｓ ｖ ｅ ｒ ｙ ｎ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ｙ ．Ｔ ｈ ｅ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｌ ａ ｎｄ ａ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒｂ ａ ｏ ｎ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ｓ ｈ ｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｎ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ｉ ｌ ｙ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ，ｓ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ａ ｇ ｅ ｎ ｔ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｐ ａ ｔ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｗｅ ｄ
碳纤维上浆量测试国标
碳纤维上浆量测试国标
关于碳纤维上浆量测试的国家标准，目前我所知道的是中国国
家标准《GB/T 33594-2017 碳纤维及其制品树脂浸渍率的测定》。
该标准规定了测定碳纤维及其制品树脂浸渍率的方法。
根据该标准，测定碳纤维树脂浸渍率的步骤包括样品的制备、测定原理、试样的
质量测定、试样的烘干、试样的质量测定等。
该标准的发布旨在规
范碳纤维及其制品树脂浸渍率的测试方法，保证了测试结果的准确
性和可比性。
此外，国际上也有一些相关的标准，如ISO 527-6:2016《塑料
-确定碳纤维增强复合材料-第6部分，树脂浸渍率的测定》。
该标
准规定了测定树脂浸渍率的方法和程序，同样旨在保证测试结果的
准确性和可比性。
在实际测试中，除了遵循国家标准和国际标准的要求，还需要
使用专业的测试设备和严格的操作流程，以确保测试结果的准确性。
同时，针对不同类型的碳纤维及其制品，可能会有一些特殊的测试
要求，需要结合实际情况进行具体操作。
总的来说，无论是国家标准还是国际标准，对于碳纤维上浆量
测试都有明确的规定，测试过程中需要严格按照标准要求进行操作，以获得准确可靠的测试结果。
大丝束碳纤维的上浆工艺及其性能研究
Tab. 1 Hairy amount of sized carbon fiber tow by
different impregnation processes
PAAs 质量分数 / %
0. 1
0. 3
0. 5
0. 7
图 2 不同浸渍工艺下上浆碳纤维的悬垂值
Fig. 2 Drape value of sized carbon fiber by different
第 4 期 赵新星等. 大丝束碳纤维的上浆工艺及其性能研究
9
2. 2 上浆碳纤维的可加工性能
碳纤维在卷绕、退绕及加工过程中因摩擦导
致部分纤维断开而产生毛丝,这些毛丝不仅影响
碳纤维的力学性能,而且会给碳纤维的后加工工
艺带来困难。 未上浆碳纤维的毛丝量非常大,达
impregnation processes
■—PAAs 质量分数 0. 1%;●—PAAs 质量分数 0. 3%;
▲—PAAs 质量分数 0. 5%;▼—PAAs 质量分数 0. 7%
从图 2 可以看出:随着浸渍时间的延长、上浆
剂浓度的提高,上浆碳纤维的悬垂值均呈上升趋
势,且上浆剂浓度对于悬垂值的影响更为明显;结
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
合 成 纤 维 工 业 2023 年第 46 卷
8
有限公司制;Quanta-250 型扫描电子显微镜:美国
康塔克默仪器公司制;Escalab 250Xi 型光电子能
研究与开发
合 成 纤 维 工 业, 2 0 2 3 , 4 6 ( 4 ) : 7
CHINA SYNTHETIC FIBER INDUSTRY
大丝束碳纤维的上浆工艺及其性能研究
different impregnation processes
PAAs 质量分数 / %
0. 1
0. 3
0. 5
0. 7
图 2 不同浸渍工艺下上浆碳纤维的悬垂值
Fig. 2 Drape value of sized carbon fiber by different
第 4 期 赵新星等. 大丝束碳纤维的上浆工艺及其性能研究
9
2. 2 上浆碳纤维的可加工性能
碳纤维在卷绕、退绕及加工过程中因摩擦导
致部分纤维断开而产生毛丝,这些毛丝不仅影响
碳纤维的力学性能,而且会给碳纤维的后加工工
艺带来困难。 未上浆碳纤维的毛丝量非常大,达
impregnation processes
■—PAAs 质量分数 0. 1%;●—PAAs 质量分数 0. 3%;
▲—PAAs 质量分数 0. 5%;▼—PAAs 质量分数 0. 7%
从图 2 可以看出:随着浸渍时间的延长、上浆
剂浓度的提高,上浆碳纤维的悬垂值均呈上升趋
势,且上浆剂浓度对于悬垂值的影响更为明显;结
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合 成 纤 维 工 业 2023 年第 46 卷
8
有限公司制;Quanta-250 型扫描电子显微镜:美国
康塔克默仪器公司制;Escalab 250Xi 型光电子能
研究与开发
合 成 纤 维 工 业, 2 0 2 3 , 4 6 ( 4 ) : 7
CHINA SYNTHETIC FIBER INDUSTRY
大丝束碳纤维的上浆工艺及其性能研究
碳纤维上浆剂的研究进展
为分散剂形成的一种水溶性上浆剂ꎬ 具有污染小、 成
小颗粒的纤维表面ꎬ 增加了纤维的表面粗糙度ꎬ 改性
本少、 低残留的优点ꎮ 上浆剂使用是根据基体树脂的
后 ＣＦ 的润湿性明显改善ꎮ Ｅ－１ 型和 Ｆ－１ 型 ＣＦｓ 的接
性质来选择的ꎬ 本文综述了近年来碳纤维增强不同基
体树脂复合材料的上浆剂以及上浆剂的改性处理方法
和相对应复合材料的综合力学性能提升情况ꎮ
１ 碳纤维上浆剂的种类
上浆剂使用是根据基体树脂的性质来选择的ꎬ 基
体树脂可划分为热固性树脂 ( 环氧树脂、 乙烯基树
脂等) 和热塑性树脂 ( 聚酰胺、 聚碳酸酯、 聚醚醚
触角与脱纤后相比分别降低了 ３３％ 和 ３６％ ꎮ 此外ꎬ Ｅ
－１ 型 ＣＦ / ＥＰ 复合材料的界面剪切强度 ( ＩＦＳＳ) 从
得到 ＰＥＧ￣ＣＯＯＨꎬ 并 将 其 接 枝 到 环 氧 树 脂 分 子 上ꎬ
酮等) ꎮ 上浆剂分子与树脂基体的化学键合在一定程
通过自乳化的方法制备了水性环氧树脂乳液作为碳纤
性树脂的结构差异大ꎬ 适用于热固性树脂与热塑性树
浆纤维后含氧活性官能团由 ２８ ９９％ 提升至 ４２ ４４％ ꎬ
度上有益于复合材料界面的改善ꎬ 由于热固性与热塑
合力学机械性能下降ꎮ 在特定的碳纤维与基体树脂复
以上的无机非金属纤维材料ꎬ 具有高比强度、 高比模
合情况下ꎬ 界面连接对碳纤维增强复合材料的整体性
量、 耐高温、 耐腐蚀、 导电导热和电磁屏蔽性好等一
能起着至关重要的作用ꎮ 一个良好的界面可以确保较
系列优异性能
[１－２]
ꎮ 由于碳纤维增强树脂复合材料
( ＣＦＲＰ) 具有良好的刚度 － 重量比和强度 － 重量比ꎬ
上浆剂分子量对碳纤维表观性能及其界面性能影响研究
适中的上浆剂 HIT － 7 上浆处理后的碳纤维及其复合材料的性能最优．
关键词： 上浆剂； 碳纤维； 分子量； 复合材料
中图分类号： O462. 4
文献标志码： A 文章编号： 1005 － 0299（ 2011） 03 － 0137 － 07
Effect of the molecular weight of sizing agent on the carbon fiber surface and interface properties
间剪切强度按式（ 2 －2） 计算．
第3 期
张如良，等： 上浆剂分子量对碳纤维表观性能及其界面性能影响研究
·139·
ILSS = 3Pb 4bh
（ 2 － 2）
ILSS ———层间剪 切 强 度 （ MPa） ； Pb ———破 坏 载 荷（ N） ； b———试 样 宽 度 （ mm ） ； h———试 样 厚 度
状况说明
评价说明
上浆剂稳定性
使用过程中上浆剂稳定程度
A： 好；
表面亮度
丝条表面亮度
B： 较好；
光滑性
丝条表面光滑程度
C： 较差；
集束性
丝条整体松散程度
D： 差．
交联性
ห้องสมุดไป่ตู้
单根纤维间的交联程度
柔软性
丝条软硬程度
柔韧性
丝条弯曲后恢复原状能力
开纤性
置于溶剂中后丝条的分散程度
2. 2. 5 含胶量的测试
碳纤维表面的含胶量的测试是取约 30m 碳
表面浆料处于纤维表面与树脂之间，在改善 碳纤维工艺性以及提高碳纤维复合材料性能方面 发挥重要的作用． 日本东丽公司基于碳纤维工艺 性和与基体树脂相容性，开发了不同的表面浆料， 但是，国内关于碳纤维上胶剂的研制和应用起步 较晚，各个高校和研究院所取得的成果有限． 因 此，开发碳纤维表面浆料，是满足目前生产的需求 和市场的需要，是提高国产 T300 级碳纤维工艺性 及其复合材料质量稳定性迫切需要解决的问题．
碳纤维上浆剂的研究进展_代志双
[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。
碳纤维上浆剂的开发和研究进展
碳 纤 维 上浆 剂 的种类 比较 多 ， 个 生产 企 业 使 各 用 的上浆 剂 不尽 相 同 。上 浆剂 的 主体 成分有 环 氧树
脂、 双马 树脂 、 聚酰亚 胺树脂 、 乙烯 醇 树脂 、 酸 乙 聚 醋
纤维 生产 过程 中上浆 有 很 重 要 一 道 工 序 ， 它有 以
下 ５ 方 面作 用 ：）使 经表 面处 理后 具 有 表 面 活性 个 ａ
碳 纤 维是 含碳 量 在 ９ 以上 的纤 维状 材 料 ， Ｏ 由
进碳纤 维及复合 材料 的开发研究提供 帮助 。
１ 上 浆剂
于碳纤维具有高比强度、 高比模量 、 耐腐蚀 、 耐疲劳 、
设 计性 强 等一 系 列优 点 ， 广泛 应 用 于多个 行业 ， 被 尤
其 是 在航 空航 天 、 防军 工 方 面 占有 很 大 比重 。碳 国
（ ． Ｈｅ ａ ｎ ｍｅ Ｃａ ｂ ｎ Ｆｉ ｅ ｏ １ ｎ ｎ Ｙｏ ｇ ｉ ｒ ｏ ｂ ｒ Ｃ ．，Ｌｔ ．，Ｓ ａ ｇ ｉ ７ ０ ，Ｃｈ ｎ ； ｄ ｈ ｎ ｑｕ ４ ６ ０ ｉａ ２ Ｋａ ｆｎ ｏ ｇ ｕ Ｃｈ ｍｉａ ｏ ，Ｌｔ ．，Ｋａ ｆｎ ７ ２ ，Ｃｈ ｎ ） ． ｉｅ ｇ Ｌ ｎ ｙ ｅ ｃ ｌＣ ． ｄ ｉｅ ｇ ４ ５ ０１ ｉａ
综合评述
一
２１ 年 纪代饧织校 第 ５ ０２ 期
碳 纤 维 上 浆 剂 的 开 发 和 研 究 进展
马 刚峰 ’徐 泽 夕。 常 ， ，
（． １ 河南永煤碳纤维有 限公 司 ， 河南商 丘 摘
青 王新欣 刘书铖 ’ ， ，
４ ５０ ） ７ ２ １
４ ６ ０ ；． ７ ０ ０ ２ 开封龙宇化工 有限公司 ， 河南开封
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从图2中看出：当温度高于550!时，因此 三种不同型号的碳纤维本身开始发生分解，造成 碳纤维样品失重量迅速增加。 2.2热解法的条件优化
改变热解法中的热解温度和热解时间，再进 行测试，得出表2数据。
从表2中可确定热解法优化条件为空气氛围 下热解温度465!,热解时间10mino
图2萃取后样品不同温度下热解的失重图
关键词：碳纤维；表面上浆量；萃取法；热解法 中图分类号：TQ342.742 文献标志码：A 文章编号：1004-275X（2019） 04-099-02
Studyonthemethods of measuring the carbon fiber surface sizing
Du Tingting, Ding Yueli, Zhang Xinwei, Jiang Yixi, Ding Guangqiang
（Zhong An Xin Technology Co.Ltd., Langfang625000, China） Abstract： Thetwo methods of measuring carbon fiber surface sizing: extraction method and decomposition by pyrolysis were compared in the paper. Based on the date measured by extraction method, the test conditions of decomposition by pyrolysis was optimized. The following were the optimized test conditions of ecomposition by pyrolysis. The pyrolysis temperature was 465! and the pyrolysis time was 10min in air atmosphere. Under these conditions, the surface sizing of the carbon fiber measured by the two methods was the same basically.Proving the feasibility of optimized decomposition by pyrolysis by experiment. Key words :carbon fiber; surface sizing; extraction method; decomposition by pyrolysis
表2不同热解条件下热解法和萃取法测得的碳纤维表面上浆量
碳纤维类型
T700SC-12K T800HB-12K T800SC-24K
450!20min 1.218 1.178 1.048
460!15min 1.268 1.238 1.108
中，用
公司的STA449F5
步热分析 进行测试，
空气气氛下以15!/min的温
30!
800!；
1.3.2
分析测试
采用德国艾力蒙塔公司的vario EL cube型元
素分析测试过萃取法和热解法两种方法处理
后碳纤维样品的
1.3.3
镜测试
取少量碳纤维样品粘在样品台上，用日本
公司JSM-6510
镜观察过
萃取法和热解法两种方法 后碳纤维样品的表
上浆工序是碳纤维生产过程中要的表面
o [1-2]
测定碳纤维表面上浆量的要方
法有两种：萃取法ห้องสมุดไป่ตู้热解法。
对热解法测试
条件进行了优化，证明了优化后热解法测试碳
纤维表面上浆量的可行性，以
e
1 实验部分
1.1 实验原料 经过上浆处理的碳纤维样品（T700SC-12K,
T800HB-12K, T800SC-24K）、丙酮（分析纯，
2019年4月 第46卷第4期
云南化工 Yunnan Chemical Technology
doi： 10.3969/j.issn.l004-275X.2019.04.039
Apr.2019 VoL46,No.4
碳纤维表面上浆量的测试方法研究
杜婷婷，丁月里，张新伟，姜艺玺，丁光强
（中安信科技有限公司+ 河北 廊坊625000）
-99 -
2019年4月 第46卷第4期
面形貌。
云南化工 Yunnan Chemical Technology
Apr.2019 Vol.46,No.4
2结果与讨论
2.1 萃取法测试结果及分析 表1为萃取法测试三种不同型号(T700SC-
12.3 T800HB-12K、T800SC-24K) 的碳纤维表 面上浆量的数据。
摘 要：采用萃取法和热解法两种方法分别测定PAN基碳纤维表面上浆量，以萃取法测试数据为依 据，对热解法进行了优化，优化后热解法测试条件为空气氛围下热解温度1,5!,热解时间'09&0。在此 条件下，两种方法所测得的碳纤维表面上浆量基本一致。通过进一步实验证明了优化后热解法测试碳纤 维表面上浆量的可行性e
国药 化试剂有限公司）e
1.2实验步骤
1.2.1 萃取法
用分析
取上浆碳纤维样品，盲
为！。，
取中。在
150mL的丙酮，
中，
（85~90）!,
度 （6~7）min/
中
温度为
,
一
时， 1.5h后
热。取样
品，
表面 中 100! 中
e
后的样品
中
，
量，记
为萃取法测定碳纤维表面上浆量的 公式
下：
Q=（!。一！）/ !°x100%
（1）
1.2.2 热解法
称量预先恒重过的空绕线架质量，记为
在空
上浆的碳纤维样品，
， 为!1，
有上浆碳纤维的
中 中，空气氛围下， 温 一定温
度，
一定时间，
后取
，
为r2e热解法测定碳纤维表面上浆量的
公 下：
Q=（!1一！）/（!1一！°） X100%
（2）
1.3 表征测试 1.3.1 热 测试
取2~5mg的样品
表1 萃取法测试不同型号碳纤维的表面上浆量
碳纤维类型 T700SC-12K T800HB-12K T800SC-24K
表面上浆量 1.26% 1.138 1.03%
图1 萃取后样品的热失重图
从表1中看出，不同型号的碳纤维表面上浆 量存在差别。
由图1可知，当热解温度超过552!后碳纤 维开始发生分解。
改变热解法中的热解温度和热解时间，再进 行测试，得出表2数据。
从表2中可确定热解法优化条件为空气氛围 下热解温度465!,热解时间10mino
图2萃取后样品不同温度下热解的失重图
关键词：碳纤维；表面上浆量；萃取法；热解法 中图分类号：TQ342.742 文献标志码：A 文章编号：1004-275X（2019） 04-099-02
Studyonthemethods of measuring the carbon fiber surface sizing
Du Tingting, Ding Yueli, Zhang Xinwei, Jiang Yixi, Ding Guangqiang
（Zhong An Xin Technology Co.Ltd., Langfang625000, China） Abstract： Thetwo methods of measuring carbon fiber surface sizing: extraction method and decomposition by pyrolysis were compared in the paper. Based on the date measured by extraction method, the test conditions of decomposition by pyrolysis was optimized. The following were the optimized test conditions of ecomposition by pyrolysis. The pyrolysis temperature was 465! and the pyrolysis time was 10min in air atmosphere. Under these conditions, the surface sizing of the carbon fiber measured by the two methods was the same basically.Proving the feasibility of optimized decomposition by pyrolysis by experiment. Key words :carbon fiber; surface sizing; extraction method; decomposition by pyrolysis
表2不同热解条件下热解法和萃取法测得的碳纤维表面上浆量
碳纤维类型
T700SC-12K T800HB-12K T800SC-24K
450!20min 1.218 1.178 1.048
460!15min 1.268 1.238 1.108
中，用
公司的STA449F5
步热分析 进行测试，
空气气氛下以15!/min的温
30!
800!；
1.3.2
分析测试
采用德国艾力蒙塔公司的vario EL cube型元
素分析测试过萃取法和热解法两种方法处理
后碳纤维样品的
1.3.3
镜测试
取少量碳纤维样品粘在样品台上，用日本
公司JSM-6510
镜观察过
萃取法和热解法两种方法 后碳纤维样品的表
上浆工序是碳纤维生产过程中要的表面
o [1-2]
测定碳纤维表面上浆量的要方
法有两种：萃取法ห้องสมุดไป่ตู้热解法。
对热解法测试
条件进行了优化，证明了优化后热解法测试碳
纤维表面上浆量的可行性，以
e
1 实验部分
1.1 实验原料 经过上浆处理的碳纤维样品（T700SC-12K,
T800HB-12K, T800SC-24K）、丙酮（分析纯，
2019年4月 第46卷第4期
云南化工 Yunnan Chemical Technology
doi： 10.3969/j.issn.l004-275X.2019.04.039
Apr.2019 VoL46,No.4
碳纤维表面上浆量的测试方法研究
杜婷婷，丁月里，张新伟，姜艺玺，丁光强
（中安信科技有限公司+ 河北 廊坊625000）
-99 -
2019年4月 第46卷第4期
面形貌。
云南化工 Yunnan Chemical Technology
Apr.2019 Vol.46,No.4
2结果与讨论
2.1 萃取法测试结果及分析 表1为萃取法测试三种不同型号(T700SC-
12.3 T800HB-12K、T800SC-24K) 的碳纤维表 面上浆量的数据。
摘 要：采用萃取法和热解法两种方法分别测定PAN基碳纤维表面上浆量，以萃取法测试数据为依 据，对热解法进行了优化，优化后热解法测试条件为空气氛围下热解温度1,5!,热解时间'09&0。在此 条件下，两种方法所测得的碳纤维表面上浆量基本一致。通过进一步实验证明了优化后热解法测试碳纤 维表面上浆量的可行性e
国药 化试剂有限公司）e
1.2实验步骤
1.2.1 萃取法
用分析
取上浆碳纤维样品，盲
为！。，
取中。在
150mL的丙酮，
中，
（85~90）!,
度 （6~7）min/
中
温度为
,
一
时， 1.5h后
热。取样
品，
表面 中 100! 中
e
后的样品
中
，
量，记
为萃取法测定碳纤维表面上浆量的 公式
下：
Q=（!。一！）/ !°x100%
（1）
1.2.2 热解法
称量预先恒重过的空绕线架质量，记为
在空
上浆的碳纤维样品，
， 为!1，
有上浆碳纤维的
中 中，空气氛围下， 温 一定温
度，
一定时间，
后取
，
为r2e热解法测定碳纤维表面上浆量的
公 下：
Q=（!1一！）/（!1一！°） X100%
（2）
1.3 表征测试 1.3.1 热 测试
取2~5mg的样品
表1 萃取法测试不同型号碳纤维的表面上浆量
碳纤维类型 T700SC-12K T800HB-12K T800SC-24K
表面上浆量 1.26% 1.138 1.03%
图1 萃取后样品的热失重图
从表1中看出，不同型号的碳纤维表面上浆 量存在差别。
由图1可知，当热解温度超过552!后碳纤 维开始发生分解。