王臣辉

    (中国石化上海石油化工股份有限公司先进材料创新研究院，上海 200540)

    纤维增强树脂基复合材料以其高强度、高模量、轻质等独特的特性，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、医药、能源等领域[1-2]。

    界面对碳纤维-树脂复合材料的性能起着重要作用。对于大体积分数的复合材料(大于60%)，碳纤维-树脂的界面面积可以达到3 000 cm2/cm3。为了确保界面的牢固性，必须要提高碳纤维与树脂间的粘合性。

    碳纤维表面的化学惰性难以被基体树脂浸润或与之形成化学键。聚丙烯腈(PAN)基碳纤维表面具有皮芯结构。表层的石墨微晶比核心的石墨微晶结晶度大、取向度高，表面石墨结构的高度取向使其更加惰性，更难与树脂基质反应、成键[3]。因此，大多数碳纤维在制造过程中进行一定的表面处理，以提高其与树脂的相容性，例如热处理[4-5]、氧化处理[6-7]、等离子体处理[8-9]、高能射线辐照处理[10-11]、上浆剂处理[12-13]、碳纳米管增强[14-15]等。其中最好是上浆剂处理。因为与上述纤维表面处理方法相比，在纤维表面涂覆一层聚合物上浆剂以改变复合界面层的结构和性能，不仅提高了界面相容性，而且不会损坏纤维。同时，它具有在不牺牲其他面内机械性能的情况下提高界面粘结性能的优点[16]。，

    碳纤维上浆技术始创于20 世纪80 年代，可以在保护纤维，使其在生产过程中表面不产生褶皱或损坏的同时，增加碳纤维表面的浸润性，以增强纤维与基体之间的粘合性能[17]。Harris 等[18]最早尝试分析上浆和表面处理对碳纤维的影响。

    1 上浆剂的作用及分类

    上浆剂的主成分一般选择与复合材料所用聚合物相同类型的聚合物(或低聚物)，包括环氧树脂、乙烯基酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丙烯、聚碳酸酯和聚苯硫醚等，辅助成分为润滑剂、抗静电剂、润湿剂、颜色调节剂等。上浆可以改善纤维在颜色、树脂浸润、易于短切、减少静电、减少起毛和保持纤维束完整性等方面的性能。在确保加工性能的同时，上浆剂还可以改善纤维-树脂的粘附性，因此上浆剂主成分的选择必须确保上浆剂与树脂基质的相容性[19]。

    目前，上浆剂主要分为三种类型：有机溶剂上浆剂，乳液型上浆剂和水溶性上浆剂[20-21]。

    有机溶剂上浆剂是将树脂溶解于有机溶剂中制备的上浆剂。在较早的碳纤维生产过程中，将环氧树脂溶解或乳化在一些有机溶剂中，用于碳纤维增强环氧树脂复合材料的上浆过程。但此类上浆剂在使用过程中，由于有机溶剂的挥发，需要有效地处理溶剂蒸气产生的爆炸危险 ......