碳纖維上漿劑對(duì)復(fù)合材料界面性能的影響研究進(jìn)展

王臣輝

（中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司先進(jìn)材料創(chuàng)新研究院，上海 200540）

纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料以其高強(qiáng)度、高模量、輕質(zhì)等獨(dú)特的特性，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶、醫(yī)藥、能源等領(lǐng)域[1-2]。

界面對(duì)碳纖維-樹脂復(fù)合材料的性能起著重要作用。對(duì)于大體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料（大于60%），碳纖維-樹脂的界面面積可以達(dá)到3 000 cm2/cm3。為了確保界面的牢固性，必須要提高碳纖維與樹脂間的粘合性。

碳纖維表面的化學(xué)惰性難以被基體樹脂浸潤(rùn)或與之形成化學(xué)鍵。聚丙烯腈（PAN）基碳纖維表面具有皮芯結(jié)構(gòu)。表層的石墨微晶比核心的石墨微晶結(jié)晶度大、取向度高，表面石墨結(jié)構(gòu)的高度取向使其更加惰性，更難與樹脂基質(zhì)反應(yīng)、成鍵[3]。因此，大多數(shù)碳纖維在制造過(guò)程中進(jìn)行一定的表面處理，以提高其與樹脂的相容性，例如熱處理[4-5]、氧化處理[6-7]、等離子體處理[8-9]、高能射線輻照處理[10-11]、上漿劑處理[12-13]、碳納米管增強(qiáng)[14-15]等。其中最好是上漿劑處理。因?yàn)榕c上述纖維表面處理方法相比，在纖維表面涂覆一層聚合物上漿劑以改變復(fù)合界面層的結(jié)構(gòu)和性能，不僅提高了界面相容性，而且不會(huì)損壞纖維。同時(shí)，它具有在不犧牲其他面內(nèi)機(jī)械性能的情況下提高界面粘結(jié)性能的優(yōu)點(diǎn)[16]。，

碳纖維上漿技術(shù)始創(chuàng)于20 世紀(jì)80 年代，可以在保護(hù)纖維，使其在生產(chǎn)過(guò)程中表面不產(chǎn)生褶皺或損壞的同時(shí)，增加碳纖維表面的浸潤(rùn)性，以增強(qiáng)纖維與基體之間的粘合性能[17]。Harris 等[18]最早嘗試分析上漿和表面處理對(duì)碳纖維的影響。

1 上漿劑的作用及分類

上漿劑的主成分一般選擇與復(fù)合材料所用聚合物相同類型的聚合物（或低聚物），包括環(huán)氧樹脂、乙烯基酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丙烯、聚碳酸酯和聚苯硫醚等，輔助成分為潤(rùn)滑劑、抗靜電劑、潤(rùn)濕劑、顏色調(diào)節(jié)劑等。上漿可以改善纖維在顏色、樹脂浸潤(rùn)、易于短切、減少靜電、減少起毛和保持纖維束完整性等方面的性能。在確保加工性能的同時(shí)，上漿劑還可以改善纖維-樹脂的粘附性，因此上漿劑主成分的選擇必須確保上漿劑與樹脂基質(zhì)的相容性[19]。

目前，上漿劑主要分為三種類型：有機(jī)溶劑上漿劑，乳液型上漿劑和水溶性上漿劑[20-21]。

有機(jī)溶劑上漿劑是將樹脂溶解于有機(jī)溶劑中制備的上漿劑。在較早的碳纖維生產(chǎn)過(guò)程中，將環(huán)氧樹脂溶解或乳化在一些有機(jī)溶劑中，用于碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的上漿過(guò)程。但此類上漿劑在使用過(guò)程中，由于有機(jī)溶劑的揮發(fā)，需要有效地處理溶劑蒸氣產(chǎn)生的爆炸危險(xiǎn)，同時(shí)為保證操作人員的安全，必須設(shè)置適當(dāng)?shù)脑O(shè)備和安全預(yù)防措施。因?yàn)榘踩缘脑?，現(xiàn)在溶劑型上漿劑越來(lái)越少用于碳纖維生產(chǎn)過(guò)程中。

乳液型上漿劑使用乳化劑將主成分樹脂分散到水中，制備成水性乳液的上漿劑，具有安全、衛(wèi)生、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。為了提高上漿劑的性能，乳化劑的種類和添加量十分重要。乳化劑雖然可以使乳液體系更加穩(wěn)定，但會(huì)影響上漿劑在碳纖維表面成膜和造成上漿后碳纖維吸水性強(qiáng)等問(wèn)題。因此，需要在保證乳液穩(wěn)定性的情況下盡量使用最小量的乳化劑。

水溶性上漿劑是將聚合物的水溶液作為上漿劑。此種上漿劑對(duì)其主成分樹脂有著較高的要求：（1）聚合物（上漿劑主成分）可以溶于水，形成均一、穩(wěn)定的水溶液；（2）上漿后，聚合物可以成膜，在纖維表面形成保護(hù)涂層；（3）上漿后，纖維表面的涂層可變得疏水或在高濕度下對(duì)水具有低敏感性。

2 上漿劑對(duì)復(fù)合材料界面性能的影響

碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料始創(chuàng)于20 世紀(jì)50年代，到80 年代復(fù)合材料成為結(jié)構(gòu)應(yīng)用的主要部件。在所有這些應(yīng)用中，環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、聚酰胺、聚芳醚酮和其他熱固、熱塑性聚合物均起到了重要作用[22-24]。在這些復(fù)合材料中，碳纖維是主要的承力部分，而樹脂基體起到了基底和荷載傳遞介質(zhì)的作用，因此界面性能成為影響復(fù)合材料力學(xué)性能的重要因 素。

2.1 碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂體系

在碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中，最常用的上漿劑主成分為與樹脂基體相似的環(huán)氧樹脂，并對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，以改善親水性和界面粘合性，同時(shí)對(duì)其他樹脂如萜烯和改性馬來(lái)酰胺等進(jìn)行改性也可起到對(duì)界面性能增強(qiáng)的作用。

Wu 等[25]為了提高碳纖維/環(huán)氧樹脂在鋼表面涂層界面的抗沖蝕磨損和抗腐蝕能力，使用多巴胺（PDA）對(duì)碳纖維表面進(jìn)行改性（CF-PDA），并將CF-PDA 和環(huán)氧樹脂結(jié)合，制備成復(fù)合涂層。與CF/環(huán)氧樹脂相比，CF-PDA/環(huán)氧樹脂的界面剪切強(qiáng)度（IFSS）提高了32.20%。同時(shí)，腐蝕磨損試驗(yàn)后，與EP 相比，CF-PDA/EP 的質(zhì)量損失和體積損失分別降低了19.40%和25.72%。Liu 等[26]用聚乙二醇（PEG）和馬來(lái)酸酐（MAH）對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行化學(xué)改性，制備了磺化高環(huán)氧值水性環(huán)氧上漿劑。上漿后的碳纖維在保持單絲拉伸強(qiáng)度的情況下，層間剪切強(qiáng)度（ILSS）從46.52 MPa 增加到51.74 MPa，增加了11.22%。Liu 等[27]還制備了一種含氟高環(huán)氧值上漿劑。由于磺酸基團(tuán)提高了上漿劑的親水性，環(huán)氧基團(tuán)增強(qiáng)了CF 與基體之間的浸潤(rùn)性。上漿后，ILSS從49.64 MPa 增加到58.74 MPa，比未上漿的CF/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料高18.34%，對(duì)界面增強(qiáng)的效果強(qiáng)于商業(yè)化的Takemoto 上漿劑。Zhu 等[28]用聚乙二醇對(duì)氫化雙酚A 環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，制備自乳化水性環(huán)氧樹脂乳液上漿劑。與未上漿的碳纖維相比，CF/EP復(fù)合材料的ILSS 從81.2 MPa 增加到89.7 MPa，性能高于商用Takemoto S64 上漿劑。

Henderson 等[29]對(duì)萜烯，冰片和萜醇等天然產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)改性，用作碳纖維上漿劑。并對(duì)表面具有氨基、硫醇和羧酸等基團(tuán)的碳纖維進(jìn)行上漿。與未上漿且未表面改性碳纖維相比，上漿劑將碳纖維與環(huán)氧樹脂中IFSS 提高了92%，表面改性后纖維的IFSS 比未表面改性纖維增加了142%。將表面改性與上漿劑結(jié)合時(shí)，IFSS 比未上漿且未改性纖維增加了221%。Razal 等[30]也對(duì)萜烯進(jìn)行化學(xué)修飾，使其含有可以與碳纖維表面和周圍環(huán)氧樹脂反應(yīng)的官能團(tuán)。使用此上漿劑對(duì)經(jīng)過(guò)氨基（-NH2）和巰基（-SH）改性的碳纖維進(jìn)行上漿，由于上漿劑和纖維的基團(tuán)可以發(fā)生特異性反應(yīng)，界面剪切強(qiáng)度（IFSS）提高了195%。對(duì)于未改性的纖維，由于上漿劑可以與碳纖維表面的自由基反應(yīng)，IFSS 也有所提高。

Zhu 等[31]以N-（4-羥基苯基）馬來(lái)酰亞胺（4-HPM）改性水性聚氨酯乳液為上漿劑，使上漿后碳纖維的表面活性顯著提高。在4-HPM 含量為1.0 wt%時(shí)，上漿劑的綜合性能和界面改性效果最優(yōu)。與未上漿的碳纖維相比，其IFSS 和ILSS 分別提高了71.30%和30.81%。

上漿劑的乳液粒徑對(duì)上漿效果和界面性能也有一定的影響，Yuan 等[32]研究上漿劑的粒度和分布（PSD）對(duì)碳纖維表面物理和化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著乳液粒徑的減小，O1s/C1s 的組成比、表面能和界面厚度呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，而表面粗糙度略有降低。同樣，隨著乳液粒徑的減小，碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的ILSS 也增加了8%以上。這表明，在具有多個(gè)PSD 峰的上漿劑中，小粒徑有利于有效浸潤(rùn)和界面粘附力的傳遞。當(dāng)乳液平均粒徑約為110 nm時(shí)，上漿劑對(duì)表面不規(guī)則性的修復(fù)和對(duì)過(guò)大應(yīng)力的抑制效果最為顯著，對(duì)ILSS 的提高也最為明顯。上漿劑的多峰PSD 使得不同粒徑的乳液能夠填充到纖維表面的缺陷中，提高填充效率和上漿劑在纖維表面的均勻性。此外，這些乳液顆粒具有導(dǎo)電性，可以填充表面纖維并治愈纖維上的表面缺陷。厚度適中的上漿層不僅減少了表面缺陷，還產(chǎn)生了化學(xué)活性界面，從而促進(jìn)了碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的界面粘合。

2.2 碳纖維增強(qiáng)乙烯基樹脂體系

乙烯基樹脂是一種兼具環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯特性的熱固性樹脂。對(duì)于碳纖維乙烯基樹脂體系，往往選擇含有不飽和結(jié)構(gòu)的樹脂作為上漿劑主成分。Liu 等[33]設(shè)計(jì)并合成了主要成分為N-（4，4-二氨基二苯甲烷）-2-羥丙基甲基丙烯酸酯（DMHM）的不飽和上漿劑，通過(guò)共價(jià)鍵合CF 和VE 基體來(lái)提高界面強(qiáng)度。上漿后碳纖維具有較高的表面粗糙度和表面能，與乙烯基樹脂具有更好的浸潤(rùn)性。與未上漿碳纖維-乙烯基樹脂復(fù)合材料相比，使用上漿后碳纖維制備的復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度分別提高了96.56%和66.07%。為了解釋這一現(xiàn)象，Liu等[34]采用分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬方法研究了此上漿劑在碳纖維增強(qiáng)乙烯基樹脂復(fù)合材料界面形成中的作用及其對(duì)界面性能的影響。模擬結(jié)果表明，由于上漿劑分子的極性較強(qiáng)，DMHM 與CF 表面表現(xiàn)出較高的界面結(jié)合強(qiáng)度。根據(jù)總?cè)軇┗杂赡艿挠?jì)算，此種上漿劑在苯乙烯中具有良好的溶解性，而根據(jù)混合能計(jì)算，DMHM 與VE 分子表現(xiàn)出良好的相容性。因此，DMHM 上漿的碳纖維和乙烯基樹脂之間界面剪切強(qiáng)度達(dá)到了62.25 MPa。

Wang 等[35]將同時(shí)起到物理互鎖和化學(xué)鍵合作用的乙烯基烷氧基硅烷（乙烯基POSS）作為上漿劑的成分之一對(duì)碳纖維進(jìn)行上漿，乙烯基POSS 在上漿后的碳纖維表面形成了三維籠狀結(jié)構(gòu)，使樹脂能夠進(jìn)入籠內(nèi)部并最終形成物理交聯(lián)。當(dāng)乙烯基POSS 含量為1.2%時(shí)，界面剪切強(qiáng)度為97.0 MPa，與未改性的界面剪切強(qiáng)度相比提高了92.5%。Xiao 等[36]將乙烯基官能化的介孔二氧化硅引入到碳纖維表面，提高了復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。功能化的介孔二氧化硅碳纖維和基質(zhì)之間的化學(xué)鍵合和物理互鎖作用，使界面剪切強(qiáng)度由未上漿碳纖維的32.42 MPa提高到了50.00 MPa 以上。Yuan 等[37]開發(fā)了聚丙烯酸酯乳液上漿劑。相比于未上漿碳纖維制備的層壓板，上漿纖維層壓板的ILSS 由81.2 MPa 增加到92.7 MPa，增加了14.2%。高于商業(yè)上漿層壓板的ILSS（86.7 MPa）。

Xiao 等[38]合成了一種新型的“偶聯(lián)劑”N-（4-氨基-苯基）-2-甲基丙烯酰胺（APMA）。APMA 修飾的碳纖維與乙烯基樹脂之間的界面剪切強(qiáng)度提高了90.53%，且纖維在復(fù)合材料中均勻分布，在橫截面上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的孔洞。復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度提高了19.4% 。

2.3 碳纖維增強(qiáng)聚芳醚酮體系

聚芳醚酮樹脂具有剛性穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，但其不容易與其他活性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，因此在碳纖維/聚醚醚酮（CF/PEEK）熱塑性復(fù)合材料中，可以選擇PEEK基體本身作為上漿劑。Yang 等[39]制備了PEEK 的可溶性前體，并將其應(yīng)用于碳纖維表面。通過(guò)改變上漿劑中可溶性前體的分子量和濃度，可以控制包覆在碳纖維表面聚醚醚酮的含量，從而生產(chǎn)出具有不同界面性能的復(fù)合材料。結(jié)果表明，結(jié)晶PEEK 可以完全覆蓋在碳纖維表面，復(fù)合材料的IFSS 從43.42 MPa提高到83.13 MPa。Hassan 等[40]制備了氨基官能化PEEK 上漿劑。氨基與碳纖維表面的活性羧基形成共價(jià)鍵，氨基功能化PEEK 上漿劑與PEEK 基體具有良好的相容性，顯著改善了CF/PEEK 復(fù)合材料的界面性能。Luan[41]等合成了一種苯胺為側(cè)基，苯乙炔封端的可溶性PEEK 上漿劑，同時(shí)通過(guò)電還原法在碳纖維表面接枝苯乙炔基團(tuán)。上漿后，由于碳纖維表面的苯乙炔基團(tuán)與上漿劑表面的苯乙炔基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，同時(shí)上漿層中的晶體結(jié)構(gòu)得到保留，提高了界面相的韌性。界面剪切強(qiáng)度（IFSS）從未處理的碳纖維的43.4 MPa 增加到接枝和上漿的碳纖維的103.1 MPa，增加了137.5%。接枝和上漿的CF/PEEK復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度（ILSS）也從未處理的碳纖維的58.4 MPa 增加到97.4 MPa，增加了66.8%。Yan 等[42]采用乳液/溶劑蒸發(fā)方法制備了一系列相容性好的可溶氨基修飾PEEK 水基上漿劑，以改善CF/PEEK 復(fù)合材料的界面性能。結(jié)果表明，氨基修飾PEEK 上漿劑能顯著改善碳纖維表面的潤(rùn)濕性。與未上漿的碳纖維相比，CF/PEEK 復(fù)合材料的ILSS 和彎曲強(qiáng)度（FS）分別增加了43.1%和62.2%。

聚酰亞胺、聚醚酰亞胺和聚醚醚酮等與PEEK相容的熱塑性樹脂也可作為上漿劑，增強(qiáng)碳纖維與PEEK 的界面性能。Yuan 等[43]合成了一種易于純化的半脂肪族聚酰亞胺上漿劑，該上漿劑中的極性基團(tuán)使纖維的表面能提高28.45%，拉伸強(qiáng)度提高11.43%。Giraud 等[44]使用PEI 和PEEK 低聚物分散體作為碳纖維表面的上漿劑，促進(jìn)了纖維和樹脂基體之間的相互作用，改善了界面粘結(jié)性能。Hassan等[45]通過(guò)在活性碳纖維表面加入PEKK 界面層，改善了CF/PEEK 復(fù)合材料的界面相互作用。該方法利用了PEKK 與活性碳纖維之間的氫鍵，以及PEKK和PEEK 之間的良好相容性。結(jié)果表明，CF/PEEK復(fù)合材料的ILSS、FS 和模量分別提高了70%、37%和48%。

Hassan 等[46]通過(guò)將CNT 添加到聚酰亞胺上漿劑中形成了復(fù)合上漿劑。通過(guò)這兩種組分的協(xié)同作用，CF/PEEK 復(fù)合材料的ILSS、FS 和模量分別提高了71%、63%和70%。Chen 等[47]制備了熱穩(wěn)定的PEI和氧化石墨烯復(fù)合上漿劑，它們均勻地涂覆在碳纖維表面。CF/PEEK 復(fù)合材料的IFSS 從43.4 MPa 增加到63.4 MPa。此外，動(dòng)態(tài)力學(xué)結(jié)果表明，復(fù)合材料的歸一化阻尼面積結(jié)果顯著降低了50%。Yuan 等[48]在碳纖維表面使用了聚酰胺酰亞胺/Ti3C2Tx MXene上漿劑，這不僅提高了CF/PEEK 復(fù)合材料的界面粘合性，還提高了電磁干擾屏蔽性能。Yang 等[49]合成了含CNT、酸化CNT 和PEEK 接枝CNT 的上漿劑，酸化CNT 和PEEK 接枝CNT 上漿后碳纖維制備的CF/PEEK 復(fù)合材料IFSS 為有史以來(lái)報(bào)道的最高值，分別為101.4 MPa 和103.4 MPa，PEEK 接枝的CNT 樣品在各種極性和非極性溶劑中的IFSS 留存率為80%～ 90%。Zhang 等[50]合成了一種含羥基氮化硼（BNO）和聚醚酰亞胺（PEI）的混合上漿劑，改善了CF 與PEEK 之間的界面結(jié)合。由于氫鍵、π-π 相互作用和良好的相容性協(xié)同作用，顯著提高了合金的相容性和機(jī)械互鎖性，使得材料的彎曲強(qiáng)度（629.8 MPa），ILSS（69.2 MPa）和導(dǎo)熱系數(shù)（1.38 Wm-1K-1）與未改性的CF/PEEK 相比分別提高了60.8%、49.3%和14.5%。

2.4 碳纖維增強(qiáng)聚酰胺體系

聚酰胺的主鏈中含有酰胺基團(tuán)，因此選用含有可以與酰胺基反應(yīng)或成鍵的樹脂作為上漿劑的主成分可以提高碳纖維與聚酰胺樹脂的界面粘合性。

Yia 等[51]制備了己內(nèi)酰胺改性苯氧基上漿材料。上漿劑在樹脂基質(zhì)聚合反應(yīng)過(guò)程中充當(dāng)引發(fā)劑，因此上漿劑在碳纖維表面化學(xué)生長(zhǎng)的PA-6 可以與基質(zhì)纏結(jié)，形成機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)，使復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度與未上漿碳纖維制備的相比提高了約68.8%。Zhang等[52]制備了聚氨酯/納米二氧化硅混合上漿劑對(duì)碳纖維進(jìn)行上漿，以改善CF/PA 復(fù)合材料的界面結(jié)合性能。與純聚氨酯包覆的碳纖維相比，摻雜納米二氧化硅的聚氨酯上漿劑包覆的CF/PA 復(fù)合材料的界面強(qiáng)度提高了40%以上。Lu 等[53]通過(guò)丙烯酸和甘油的原位聚合在碳纖維表面形成超支化聚酯（HBPE）層。用HBPE 上漿后的碳纖維增強(qiáng)聚酰胺66 復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度與未上漿的相比提高了46%，達(dá)到77.9 MPa。這是由于HBPE 上漿劑結(jié)構(gòu)含有大量的端羥基，形成了許多共價(jià)鍵和氫鍵，增強(qiáng)了碳纖維/上漿劑界面和上漿劑/樹脂界面的相互作用。Lu等[54]使用羧基封端的聚氨酯和封端異氰酸酯制備了一種新型的雙組分水性聚氨酯（WPU）上漿劑。該上漿劑給上漿后的CF 引入了豐富的活性基團(tuán)，并顯著提高了碳纖維表面能。經(jīng)WPU 上漿后碳纖維與聚酰胺的IFSS 增加到51.8 MPa，分別比未上漿和環(huán)氧上漿的碳纖維高22% 和47%。

2.5 其他碳纖維增強(qiáng)樹脂體系

除上述體系外，針對(duì)其他碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，如聚醚酰亞胺、聚酯、聚丙烯，聚醚砜等，有許多其他種類的上漿劑被相繼報(bào)道，用于增強(qiáng)復(fù)合材料的界面粘合性。

Ma 等[55]設(shè)計(jì)并合成了一種新型的具有多乙氧基側(cè)基的半芳香族聚酰胺酰亞胺（PAI）骨架結(jié)構(gòu)，通過(guò)自乳化制備了水性PAI 上漿劑。與商業(yè)上漿劑上漿的碳纖維增強(qiáng)聚醚酰亞胺相比，PAI 上漿碳纖維制備的增強(qiáng)材料抗彎強(qiáng)度提高了35.2%，達(dá)到753.47 MPa。

Huang 等[56]制備了一種含有乙烯基官能化碳納米管的上漿劑，用于碳纖維增強(qiáng)不飽和聚酯復(fù)合材料的應(yīng)用。涂層中碳納米管、乙烯基修飾的碳纖維和不飽和聚酯之間由于徑向聚合過(guò)程形成了化學(xué)鍵。含有碳納米管的不飽和聚酯涂層均勻地接枝在碳纖維表面。上漿增加了纖維的表面極性，改善了表面能和浸潤(rùn)性。獲得了局部剛度比碳纖維軟、比基體硬的界面。力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，在不犧牲基礎(chǔ)纖維強(qiáng)度的情況下層間剪切強(qiáng)度從46.7 MPa 提高到64.5 MPa，提高了38%，并且同時(shí)提高了抗沖擊性。

Eyckens 等[57]使用BmimCl 和G3TFSA 兩種不同類型的離子液體（IL）對(duì)碳纖維進(jìn)行上漿。對(duì)馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯（MAH-g-PP）進(jìn)行了單纖維拉拔試驗(yàn)。相比于未上漿（UF）碳纖維的IFSS 15.4±1.9 MPa，BmimCl 和G3TFSA 上漿后碳纖維分別增加到了25.5±1.8 MPa 和20.5±1.4 MPa，增加了66%和33%。

Yuan 等[58]通過(guò)直接電離聚酰胺酸（PAA）獲得了聚酰胺酸納米有機(jī)乳液上漿劑，上漿處理后碳纖維的表面能從42.91 mN/m 提高到54.55 mN/m。碳纖維-聚醚砜復(fù)合材料的IFSS 從33.6 MPa 增加到49.7 MPa。界面強(qiáng)度增加的主要原因是PES 基質(zhì)和PAA 納米乳液之間的范德華力增加，以及PAA 納米乳液和碳纖維表面之間的鍵合效應(yīng)。

3 總結(jié)

碳纖維與樹脂的過(guò)渡層是改善碳纖維表面形貌，提高復(fù)合材料性能的關(guān)鍵。上漿作為一種提高碳纖維加工性能和界面性能的碳纖維表面改性方法，成為各碳纖維生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)鍵工藝和重要環(huán)節(jié)，其上漿劑成分是各大廠商嚴(yán)格保密的內(nèi)容。

國(guó)內(nèi)外在上漿劑的研究中多聚焦于對(duì)復(fù)合材料界面性能的影響與提高，對(duì)于碳纖維生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，由于關(guān)系到后道編織、拉擠、預(yù)浸料、纏繞等應(yīng)用，上漿后碳纖維集束性、耐磨性、毛絲量、退繞性等工藝性能往往也十分重要，如何在保證界面性能的前提下，針對(duì)后道工藝制備專用上漿劑，將成為上漿劑的研究方向之一。

同時(shí)，上漿劑在碳纖維生產(chǎn)過(guò)程中消耗量較大，對(duì)于上漿劑的生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，合成簡(jiǎn)便、條件溫和、產(chǎn)物易得、副產(chǎn)物少、易于放大、合成路徑短等條件，將是高性能上漿劑工業(yè)化制備過(guò)程中的未來(lái)發(fā)展方向。因此對(duì)兼顧界面性能和工藝性能的上漿劑的制備方法改進(jìn)和優(yōu)化將是碳纖維上漿劑的研究重點(diǎn)，也是碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料界面性能的研究重點(diǎn)，對(duì)推進(jìn)碳纖維及其復(fù)合材料性能的提高和發(fā)展有重要意義。