專利名稱：碳纖維表面溴代環(huán)氧樹脂向上漿劑擴散的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聚合物基復(fù)合材料改性領(lǐng)域，具體涉及纖維表面的樹脂向上漿劑擴散的新方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料界面理論研究是界面工程研究領(lǐng)域的重要組成部分。組成復(fù)合材料的兩相中，兩相間的相互作用機理一直是人們所關(guān)心的問題。同時，在復(fù)合材料制備過程中， 要制備具有一定性能的宏觀復(fù)合材料，須通過宏觀因素(增強體特性、基體特性和復(fù)合工藝等)的有效控制得到相應(yīng)的界面微觀結(jié)構(gòu)和性能，進而實現(xiàn)復(fù)合材料特定的宏觀性能。而宏觀因素的有效控制必須建立在界面理論研究的基礎(chǔ)上，因此界面理論研究在復(fù)合材料界面工程領(lǐng)域中具有極為重要的理論和實際意義。通過對復(fù)合材料的研究，人們已經(jīng)提出了多種復(fù)合材料界面理論，形成了浸潤理論、化學(xué)鍵理論、嚙合理論、界面鏈纏結(jié)理論、靜電理論、弱邊界層理論等理論，其中浸潤理論是其它所有理論的基礎(chǔ)，增強體與基體之間有良好的浸潤是其復(fù)合材料有良好的界面性能的前提。業(yè)已證明，在復(fù)合材料界面微區(qū)(通常厚度為數(shù)納米至數(shù)百納米)，通過調(diào)節(jié)界面現(xiàn)象，可使纖維和基體間具有最佳的匹配而達到理想的復(fù)合效果。但是由于增強體、聚合物基體的廣泛性，復(fù)合材料成型工藝的多樣性等原因?qū)е铝司酆衔锘鶑?fù)合材料界面問題的復(fù)雜性。人們對界面作用機理尚未得到統(tǒng)一的認識，尤其是對其界面化學(xué)反應(yīng)、界面應(yīng)力、界面相微觀結(jié)構(gòu)、界面微觀性能等特性與復(fù)合材料宏觀整體性能之間的關(guān)聯(lián)尚未很好確立。 因此，正確了解界面的微觀結(jié)構(gòu)信息，開展界面性質(zhì)的研究，實現(xiàn)復(fù)合材料整體性能的控制具有重要意義。眾所周知，纖維在出廠前表面一般都要涂覆上漿劑，涂覆上漿劑的目的是保護剛生產(chǎn)出的纖維表面的潔凈，避免吸附空氣中的水分和灰塵；上漿后的纖維表面形成一薄的保護膜，使在后加工使用過程中防止摩擦、磨損或防止產(chǎn)生毛絲等。而作為增強體的碳纖維在做成復(fù)合材料之前均不把上漿劑除去。因此，要想讓纖維與樹脂之間有良好的浸潤而形成良好的界面性能，必須研究上漿劑與樹脂之間的浸潤作用?，F(xiàn)階段國內(nèi)各大纖維生產(chǎn)廠家有自己獨特的上漿配方，但與國外的T300等產(chǎn)品相比較，性能還有一定的差距，主要原因就是上漿劑與樹脂之間浸潤性的好壞。由于碳纖維上漿劑在碳纖維表面形成的膜很薄， 只有納米級厚度，導(dǎo)致采用現(xiàn)有方法研究樹脂向上漿劑層擴散很難進行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有方法對樹脂向上漿劑層擴散的研究很難進行的問題；而提供了碳纖維表面溴代環(huán)氧樹脂向上漿劑擴散的新方法；本發(fā)明對碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料浸潤時擴散過程以及擴散過程中主要影響因素進行研究。本發(fā)明采用模型化合物，對不同溫度及時間下樹脂向上漿劑中的擴散過程進行宏觀說明。碳纖維表面溴代環(huán)氧樹脂向上漿劑擴散的新方法是按下述步驟進行的一、將玻璃洗凈后烘干；二、將質(zhì)量濃度為1% 洲的碳纖維上漿劑涂敷在玻璃表面上，然后在 105 120 aC條件下烘干；三、再涂敷一層質(zhì)量濃度為1% 洲的碳纖維上漿劑后在105 120 OC條件下烘干；四、重復(fù)步驟三的操作6至9次后在玻璃表面制得上漿劑層；五、在上漿劑層表面均勻撒上溴代環(huán)氧樹脂，在加熱溫度為溴代環(huán)氧樹脂的玻璃轉(zhuǎn)化溫度士5°C的條件下加熱反應(yīng)5 60min，冷卻至室溫，然后進行切割，并依次用掃描電子顯微鏡和X射線能譜儀對切割橫斷面進行溴元素的線性掃描得到以掃描電鏡圖為背景的能譜圖；即獲得碳纖維表面的溴代環(huán)氧樹脂向上漿劑擴散的程度。本發(fā)明以碳纖維的上漿劑和溴代環(huán)氧樹脂為原料，通過控制溫度和時間對樹脂與上漿劑之間的擴散現(xiàn)象進行研究。由于碳纖維表面的上漿劑與樹脂的界面區(qū)域?qū)儆谖⒂^區(qū)域，他們之間的擴散過程不能清楚的表現(xiàn)出來，所以用玻璃材料來代替碳纖維本體，在玻璃表面涂敷上漿劑和樹脂，從而對其浸潤過程進行模擬。本發(fā)明通過溴元素的能譜圖清楚地反映了樹脂向上漿劑擴散的狀態(tài)，在樹脂層中溴元素含量較多，且含量均勻，沿著上漿劑方向掃描后，溴元素含量逐漸減少，到上漿劑與石墨界面時，溴元素完全消失(參見圖1);而且隨著溫度的升高，樹脂擴散到上漿劑內(nèi)部的速度也有增加。本發(fā)明具有下述優(yōu)點
1、本發(fā)明幫助人們的認識由抽象向具體轉(zhuǎn)化，碳纖維表面的上漿劑與樹脂的界面區(qū)域?qū)儆谖⒂^區(qū)域，無法用儀器對其斷面研究，本發(fā)明的方法將其變得比較具體。2、本發(fā)明的方法應(yīng)用范圍廣，適用于四溴雙酚A型環(huán)氧樹脂、溴化酚醛環(huán)氧樹脂、 二溴季戊二醇二縮水甘油醚、N，N--縮水甘油.2，4，6-_溴苯胺、二溴甲苯縮水甘油醚、1， 3—縮水甘油.4，5，6，7—四溴苯并咪唑酮等，及通過先醚化后環(huán)化方法或其它方法制備的溴代環(huán)氧樹脂向上漿劑擴散的研究。3、對界面的分析更便捷、準確和規(guī)范。


圖1是具體實施方式
十一中以研究對象掃描電鏡圖為背景的能譜圖，圖中a表示碳元素的能譜曲線，b表示氧元素的能譜曲線，c表示溴元素的能譜曲線，d表示溴帶環(huán)氧樹脂層，e表示上漿劑層，f表示玻璃。
具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式中碳纖維表面溴代環(huán)氧樹脂向上漿劑擴散的新方法是按下述步驟進行的一、將玻璃洗凈后烘干；二、將質(zhì)量濃度為1% m的碳纖維上漿劑涂敷在玻璃表面上，然后在105 120°C條件下烘干三、再涂敷一層質(zhì)量濃度為1% 洲的碳纖維上漿劑后在105 120°C條件下烘干；四、重復(fù)步驟三的操作6至9次后在玻璃表面制得上漿劑層；五、在上漿劑層表面均勻撒上溴代環(huán)氧樹脂，在加熱溫度為溴代環(huán)氧樹脂的玻璃轉(zhuǎn)化溫度士5°C的條件下加熱反應(yīng)5 60min，冷卻至室溫，然后進行切割，并依次用掃描電子顯微鏡和X射線能譜儀對切割橫斷面進行溴元素的線性掃描得到以掃描電鏡圖為背景的能譜圖；即獲得碳纖維表面的溴代環(huán)氧樹脂向上漿劑擴散的程度。
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本實施方式的方法適用于四溴雙酚A型環(huán)氧樹脂、溴化酚醛環(huán)氧樹脂、二溴季戊二醇二縮水甘油醚、N，N-=縮水甘油.2，4，6-_溴苯胺、二溴甲苯縮水甘油醚、1，3_縮水甘油-4，5，6，7-四溴苯并咪唑酮等，及通過先醚化后環(huán)化方法或其它方法制備的溴代環(huán)氧樹脂向上漿劑擴散的研究。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中碳纖維的上漿劑溶液的質(zhì)量濃度為1. 1.80%。其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中碳纖維的上漿劑溶液的質(zhì)量濃度為1.5%。其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一、二、三不同的是步驟二中在 108 115°C條件下烘干。其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一、二或三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一、二、三不同的是步驟二中在 110 aC條件下烘干。其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一、二或三相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五不同的是步驟四中重復(fù)步驟三的操作7次。其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至五不同的是步驟四中重復(fù)步驟三的操作8次。其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至五相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至七不同的是步驟五中加熱時間為10 40min。其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至七相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至七不同的是步驟五中加熱時間為20min。其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至七相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至七不同的是步驟五中加熱時間為30min。其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至七相同。
具體實施方式
十一本實施方式中碳纖維表面的溴代環(huán)氧樹脂向上漿劑擴散的研究方法是按下述步驟進行的一、將玻璃洗凈后烘干；二、將質(zhì)量濃度為1. 5%的環(huán)氧類上漿劑涂敷在玻璃表面上，然后在105 120°C條件下烘干；三、再涂敷一層質(zhì)量濃度為1. 5%的環(huán)氧類上漿劑后在105 120°C條件下烘干四、重復(fù)步驟三的操作6至9次后在玻璃表面制得上漿劑層；五、在上漿劑層表面均勻撒上溴代環(huán)氧樹脂(浙江江山江環(huán)化學(xué)工業(yè)有限公司生產(chǎn)的，型號為JEB-435)，在加熱溫度為80 120°C的條件下加熱反應(yīng)5 60min，冷卻至室溫，然后進行切割，并依次用掃描電子顯微鏡和X射線能譜儀對切割橫斷面進行溴元素的線性掃描得到以掃描電鏡圖為背景的能譜圖；即獲得碳纖維表面的溴代環(huán)氧樹脂向上漿劑擴散的程度。本實施方式步驟一中所述的環(huán)氧類上漿劑由水性環(huán)氧樹脂乳液EPIKOTE^S和環(huán)氧樹脂固化劑3164按150:1的質(zhì)量比混合而成；水性環(huán)氧樹脂乳液和環(huán)氧固化劑均是由天津市駿博精細化工有限公司生產(chǎn)的。結(jié)果表明通過SEM-EDX對樣品斷面處上漿劑層與樹脂層的的溴元素線性掃描， 發(fā)現(xiàn)在樹脂層中溴元素含量較多，且含量均勻，沿著上漿劑方向掃描后，溴元素含量逐漸減少，到上漿劑與石墨界面時，溴元素完全消失(參見圖
1)由此可見溴元素含量的變化趨勢說明了樹脂在一定的溫度和時間的條件下，可以發(fā)生向上漿劑內(nèi)部擴散的過程。通過實驗還發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，樹脂擴散到上漿劑內(nèi)部的速度也有增加，見表1。 表1. Imin時不同溫度下溴元素擴散速度
權(quán)利要求
1.碳纖維表面溴代環(huán)氧樹脂向上漿劑擴散的新方法，其特征在于碳纖維表面的溴代環(huán)氧樹脂向上漿劑擴散的研究方法是按下述步驟進行的一、將玻璃洗凈后烘干；二、將質(zhì)量濃度為1% 洲的碳纖維上漿劑涂敷在玻璃表面上，然后在105 120°C條件下烘干；三、 再涂敷一層質(zhì)量濃度為1% 2070的碳纖維上漿劑后在105 120°C條件下烘干；四、重復(fù)步驟三的操作6至9次后在玻璃表面制得上漿劑層；五、在上漿劑層表面均勻撒上溴代環(huán)氧樹脂，在加熱溫度為溴代環(huán)氧樹脂的玻璃轉(zhuǎn)化溫度士5°C的條件下加熱反應(yīng)5 60min， 冷卻至室溫，然后進行切割，并依次用掃描電子顯微鏡和X射線能譜儀對切割橫斷面進行溴元素的線性掃描得到以掃描電鏡圖為背景的能譜圖；即獲得碳纖維表面的溴代環(huán)氧樹脂向上漿劑擴散的程度；步驟二中碳纖維的上漿劑溶液的質(zhì)量濃度為1. 2% 1. 8%，在108 115°C條件下烘干；步驟四中重復(fù)步驟三的操作7次；步驟五中加熱時間為10 40min。
全文摘要
碳纖維表面溴代環(huán)氧樹脂向上漿劑擴散的新方法，它屬于聚合物基復(fù)合材料改性領(lǐng)域。本發(fā)明解決了現(xiàn)有方法對樹脂向上漿劑層擴散的研究很難進行的問題。本發(fā)明的方法如下一、將玻璃洗凈后烘干；二、將碳纖維的上漿劑溶液涂敷在玻璃表面上，烘干；三、再涂敷后烘干；四、重復(fù)步驟三的操作；五、在上漿劑層表面均勻撒上溴代環(huán)氧樹脂，加熱，冷卻至室溫．沿縱向方向切割，斷面依次通過掃描電子顯微鏡和X射線能譜儀對上漿劑層中的溴元素線性掃描得到能譜圖即可。本發(fā)明采用模型化合物，對不同溫度及時間下樹脂向上漿劑中的擴散過程進行宏觀說明。本發(fā)明具有幫助人們的認識由抽象向具體轉(zhuǎn)化，應(yīng)用范圍廣及對界面的分析更便捷、準確和規(guī)范的優(yōu)點。
文檔編號G01N13/00GK102478488SQ20101055453
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者程顯軍, 肖穎 申請人:大連興科碳纖維有限公司