由于碳纤维具有高比强度、高比模量、耐磨、耐腐蚀等优异性能,常常被用作先进复合材料的增强材料,广泛应用于国防、航空航天、运动器材、交通运输等众多领域。然而,碳纤维是一种断裂伸长率很低,且属于脆性的材料,在随后的加工生产中只要受到类似于摩擦、弯曲等作用时,就容易使其出现起毛或部分碳纤维单丝断裂的现象。碳纤维的这种毛丝,不仅会严重妨碍基体树脂对纤维的润湿,还会使整个复合材料的力学性能因此而大打折扣。目前,解决碳纤维这种缺陷的最好方法就是对其进行上浆处理。传统意义上的上浆就是将一层有机过渡层引入到纤维与树脂之间,这层有机中间层就是所谓的上浆剂,目前,国内工业生产中上浆剂用量最多的类型是溶液型,溶液型上浆剂由于使用了大量易挥发的有机溶剂,有机溶剂的挥发不仅造成工作环境受到污染,还会于无形中增加整个碳纤维工艺的生产成本。用水作为溶剂则完全不存在如上所述的各种问题,因此以水作为溶剂或分散介质的乳液型上浆剂吸引了越来越多的注意力。本文以环氧树脂为主浆料,通过相反转乳化法制备了环氧树脂乳液型上浆剂,并在单因素实验的基础上,采用响应面分析法对上浆剂乳液制备过程中影响其稳定性的因素进行了优化研究,确定最佳的工艺参数。Box-Behnken研究结果表明:当体系温度是80℃,搅拌速度是1500rpm,乳化剂OP-10的加入量为2.58g,吐温60的加入量为0.89g,十二烷基苯磺酸钠的加入量为0.31g,乳液的平均粒径最小,为46.64μm。除此之外,还考察了在此优化工艺条件下上浆剂的机械稳定性、贮存稳定性、冻融稳定性、粘度、pH值、粒径及粒径分布。 .采用本文制备的环氧树脂乳液型上浆剂对碳纤维进行上浆,与未上浆的碳纤维相比结果表明:当上浆剂的质量浓度是20%时,碳纤维的表观性质如表面亮度、光滑性、集束性和交联性等都具有较好的特征。扫描电子显微镜的结果显示,与未上浆的碳纤维相比,上浆后碳纤维表面的轴向沟槽变得不明显,表面缺陷也显著降低。层间剪切强度(ILSS)测试表明,上浆后碳纤维/环氧树脂复合材料ILSS为67.97MPa,与未上浆的相比,其复合材料的ILSS提高了 7.82%。通过对复合材料断面扫描电子显微镜结果的观察得出,经过环氧树脂乳液型上浆剂上浆处理后的碳纤维复合材料受到剪切破坏后,与未上浆的相比,碳纤维与树脂基体间的脱粘现象减弱,界面结合得到了较大的改善。