制备热塑性碳纤维前,出厂自带的上浆剂需谨慎
制备热塑性碳纤维的复杂程度是难以想象的,碳纤维原丝和热塑性树脂的表面惰性都比较强,想要两者充分浸润,形成较为完整的物理结构,需要从多个方面进行尝试,其中上浆剂就是可行的方向之一。在制备热固性碳纤维复合材料是,上浆剂就起到了一定的作用,那为何在制备热塑性碳纤维复合材料时行不通呢?
制备热塑性碳纤维时,为何要去除原丝自带的上浆剂?
其实碳纤维原丝在出厂时,表面就会附带一层上浆剂,它的作用是将纤维包括在其中,实现表面良好的浸渍作用,同时提供碳纤维集束性的作用,方面后续碳纤维收卷和运输,减少纤维起毛的情况发生。
碳纤维原丝出厂时附带的这层上浆剂,多为低分子量环氧树脂,而热固性碳纤维复合材料的基体材料多为环氧树脂,两者成分近似,因此在制备热固性碳纤维复合材料时,会发挥正向的作用,而换到热塑性碳纤维复合材料时,它的作用就时反向的了。
因此在制备热塑性碳纤维复合材料时,这一层出厂自带的上浆剂就需要谨慎处理,还原碳纤维丝原本的状态。碳纤维与热塑性树脂的浸润,其实原理上类似于机械啮合,简单来说就像2个齿轮之间的咬合,只是比它更复杂而已。
3种方式可去除碳纤维原丝自带的上浆剂
去除碳纤维原丝自带的上浆剂看起来非常简单,但实际操作起来并不是这么容易,要知道上浆剂与碳纤维丝本身已经有了一定的融合。处理不当,不仅无法清楚,还可能损伤碳纤维原丝,给后续制备热塑性碳纤维复合材料造成更大的困扰。下面3种方式是目前可行的办法,但操作过程和最终的效果是有一定的区别的。
1、高温烧蚀法是在上浆剂热分解温度以上加热碳纤维,使上浆剂氧化分解,这种方式处理时间较快,但上浆剂的不完全氧化会导致碳纤维表面有残碳附着,在界面处形成缺陷。
2、酸蚀处理一般采用硝酸、浓硫酸等强氧化性酸浸泡碳纤维使上浆剂分解,如果处理时间控制不当,酸液会进一步腐蚀纤维本体,造成单丝拉伸强度的下降。
3、丙酮浸泡去浆是通过丙酮多次的润洗,不断溶解并除去上浆剂,一般通过索氏提取器进行操作。这种去浆方式较为温和,是一种普适的去浆方法。
去除自带的上浆剂之后,碳纤维表面高低不平的结构就会充分的暴露出来,当然只有在显微镜下才能看到这样的外观结构。纤维表面的粗糙程度增加,在后续与热塑性树脂浸渍时,才能提升界面性能,为后续充分浸润打好基础。
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