摘要
随着科技的发展，生活和军工等诸多领域对材料的性能提出了更高的要求，具有高性能的碳纤维成为当前研究的热点材料，应用领域非常广泛。上浆对于碳纤维的生产非常重要，上浆剂的性能直接影响着碳纤维及其复合材料的性能。水性环氧树脂上浆剂具有较好的稳定性和耐热性，上浆处理后的碳纤维与树脂之间的浸润性和界面结合强度提高，表面缺陷得到明显改善，且成本低，具有很大的实际应用价值。 本文以环氧树脂、二乙醇胺、冰乙酸为原料，制备了水性环氧树脂上浆剂，通过正交试验探究水性环氧树脂的最佳制备工艺，确定了了反应的最佳时间为2h，最佳中和度为120%，反应的最佳温度为80℃，并得出结论：二乙醇胺的添加量对水性环氧树脂的性能影响最大。通过对乳液粒径大小及分布、红外光谱（FTIR）、热重分析（TG）及上浆剂乳液的稳定性分析，确定了最佳添加量二乙醇胺与环氧树脂的摩尔比为1.2:1，此时乳液的稳定性较好，乳液粒径小且分布窄，不仅将活性基团引入环氧树脂分子链，而且上浆剂的热分解温度提高了50℃左右。通过对碳纤维表面形貌、表面元素及官能团、上浆率、加工性能和多种力学性能分析，确定了当上浆剂浓度为1%时，碳纤维的表面缺陷明显改善，纤维之间没有明显粘结，与树脂的浸润性较好，复丝强度提高了10.8%，界面剪切强度提高了23.7%，横向拉伸强度提高了22.5%。 在此基础上，对水性环氧树脂进一步改性，加入具有柔性分子链的烯丙基聚氧乙烯醚（APEG），设计了环氧树脂与APEG质量比为10:1、7.5:1、5:1和3:1四种配方，探究了APEG的添加量对上浆剂性能的影响，进一步分析上浆剂的乳液性质和上浆处理后碳纤维的性能。结果表明，添加APEG后的上浆剂乳液的静置稳定性和机械稳定性都有显著的提高，乳液在常温下静置30天后外观几乎没有变化，60℃下静置14天后由蓝色变为乳白色，均无沉淀破乳现象；上浆剂乳液粒径为30~60nm，且粒径分布较窄；通过FTIR和XPS分析，碳纤维表面引入了上浆剂中的多官能团结构；通过热重分析，上浆剂的热分解温度约为290℃；通过对上浆前后碳纤维的性能测试，当水性环氧树脂与APEG的质量比为7.5:1时，上浆碳纤维与树脂的浸润性提高，碳纤维的界面剪切强度提高11.7%，复丝强度和横向拉伸强度分别提高18.3%和37.0%，纤维硬挺度明显降低，编织性能较好。
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