聚醚醚酮水性上漿劑對(duì)碳纖維熱塑性復(fù)合材料界面性能的影響

周 存，田智勇

（1．天津工業(yè)大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387；2.天津工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387）

碳纖維（CFs）具有高強(qiáng)、高模、耐腐蝕、抗疲勞、導(dǎo)熱導(dǎo)電等眾多優(yōu)異的性能[1-2]，作為制備先進(jìn)復(fù)合材料最重要的增強(qiáng)材料，在航空航天、國(guó)防軍事、交通運(yùn)輸、能源電力、建筑建材、化工、機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[3-4]。然而由于經(jīng)過高溫氧化碳化處理制得的CFs 為類石墨結(jié)構(gòu)，表面缺少活性官能團(tuán)，呈化學(xué)惰性，制備復(fù)合材料時(shí)纖維表面與基體樹脂的浸潤(rùn)性差，不利于形成具有良好應(yīng)力傳遞性能的界面層[5-7]，需要采用物理或化學(xué)的方法對(duì)CFs 進(jìn)行表面處理或修飾[8-9]。在不損害力學(xué)性能的前提下，使用適宜的有機(jī)物對(duì)CFs 表面進(jìn)行上漿處理[10-12]，提高CFs 的表面活性[13-16]，增強(qiáng)其與復(fù)合材料基體樹脂間的浸潤(rùn)性和粘結(jié)性，增加纖維與基體樹脂界面的結(jié)合或粘結(jié)[17-18]，從而提高CFs復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度和整體力學(xué)性能，使聚合物基CFs 復(fù)合材料形成粘結(jié)性能優(yōu)良的界面層[19-20]是提高層間剪切強(qiáng)度的一種有效手段，也是當(dāng)下高性能CFs 制備與應(yīng)用推廣的技術(shù)關(guān)鍵之一。

綜合國(guó)內(nèi)外CFs 發(fā)展?fàn)顩r看，CFs 上漿劑技術(shù)含量高、開發(fā)難度大，需要根據(jù)復(fù)合材料的樹脂基體的組成和類型開發(fā)相適用的上漿劑[21-22]，上漿劑的技術(shù)開發(fā)水平成為了制約CFs 復(fù)合材料工業(yè)發(fā)展的瓶頸。隨著環(huán)保問題的突出和方便工業(yè)化應(yīng)用的需要，近年來以改性的聚合物樹脂為原料研制水溶性、水乳型和水分散型的CFs 上漿劑[23-24]，越來越成為上漿劑技術(shù)發(fā)展的主流。熱塑性CFs 復(fù)合材料以其易成型、可循環(huán)利用及生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)[25]，引起了越來越多的研究開發(fā)者的關(guān)注，繼環(huán)氧熱固性CFs 上漿劑之后，新型水性熱塑性CFs 上漿劑逐漸成為了研究開發(fā)的熱點(diǎn)[26-27]。

聚醚醚酮（PEEK）為芳香族半結(jié)晶性的熱塑性聚合物樹脂，具有高強(qiáng)高模、耐高溫、抗疲勞、耐腐蝕、耐溶劑、化學(xué)穩(wěn)定以及優(yōu)異的生物相容性，是一種性能優(yōu)異的CFs 增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的基體樹脂，在耐高溫、耐腐蝕等工程領(lǐng)域以及生物醫(yī)學(xué)、海洋防護(hù)等方向具有廣闊的發(fā)展前景[28-29]。但正因?yàn)镻EEK 優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，常溫下PEEK 不溶于任何有機(jī)溶劑，導(dǎo)致制備CFs 復(fù)合材料時(shí)，PEEK 只能在高溫熔融熱壓狀態(tài)下與CFs 相互浸潤(rùn)，但由于PEEK 熔體黏度和擴(kuò)散阻力，使得浸潤(rùn)效果較差。同時(shí)CFs 和PEEK 都呈表面惰性，在常規(guī)加工成型過程中復(fù)合材料界面層無法形成氫鍵、范德華力等強(qiáng)相互作用，導(dǎo)致其界面性能較差。

蘇亞男等[30]和劉芳芳等[31]利用PEEK 和濃硫酸發(fā)生磺化反應(yīng)來制備磺化聚醚醚酮（SPEEK），然后制備以SPEEK 為主組分的CFs 上漿劑，雖然磺化后PEEK可溶于水，但磺化會(huì)降低PEEK 的耐熱性和耐溶劑性且存在磺酸基高溫降解的隱患，由于操作過程使用濃硫酸還存在安全和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；楊硯超[32]利用環(huán)丁颯或二苯颯或三氟乙酸和二氯甲烷復(fù)合等特殊溶劑在高溫條件下溶解PEEK，制備成溶劑型上漿劑對(duì)CFs 上漿。雖然溶劑型PEEK 上漿劑可以改善樹脂基體對(duì)CFs的浸潤(rùn)，提高CFs/PEEK 復(fù)合材料的界面性能，但溶劑型PEEK 上漿劑的制備與使用過程中需要使用大量的高毒性溶劑，存在較大的安全隱患和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，規(guī)?；a(chǎn)尤為困難。可見，提高CFs/PEEK 復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度成為左右CFs/PEEK 復(fù)合材料開發(fā)和應(yīng)用的關(guān)鍵。

基于CFs/PEEK 復(fù)合材料優(yōu)越的性能和PEEK 為主體組分的上漿劑能增強(qiáng)CFs/PEEK 復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度的誘人設(shè)想，本文使用高分子質(zhì)量聚氧化乙烯與聚氧乙烯醚類抗靜電復(fù)配而成的復(fù)合乳化劑，通過相反轉(zhuǎn)乳化技術(shù)將熱塑性PEEK 進(jìn)行分散乳化，制備出以PEEK 乳化液為主體組分的水性上漿劑，對(duì)CFs表面進(jìn)行上漿處理，制備了CFs/PEEK 樹脂復(fù)合材料，研究了PEEK 水性上漿劑對(duì)CFs 及其復(fù)合材料性能的影響，以期對(duì)CFs/PEEK 復(fù)合材料以及其他熱塑性聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用和發(fā)展有所助益。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

材料：CFs，T300、12 K，中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司產(chǎn)品；丙酮、無水乙醇，分析純，天津渤化化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；770 型PEEK 粉末，工業(yè)品，吉林省中研高性能工程塑料有限公司產(chǎn)品；水性PEEK 上漿劑，實(shí)驗(yàn)室自制。

儀器：K-Aepna 型X 射線光電子能譜儀（XPS），美國(guó)ThemoFisher 公司產(chǎn)品；S-4800 型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM），日本Hitachi 公司產(chǎn)品；TENSOR-37 型傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR），德國(guó)布魯克公司產(chǎn)品；HZ-800 型界面張力儀，山東淄博博山海分儀器廠產(chǎn)品；JC2000C1 型接觸角測(cè)量?jī)x，上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司產(chǎn)品；CMT4204 型微機(jī)控制電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)，美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國(guó)）有限公司產(chǎn)品。

1.2 樣品的制備

CFs 預(yù)處理：將樣品CFs 放入去離子水中煮沸2 h，再置于丙酮中浸泡24 h，以去除其表面有機(jī)物、樹脂和雜質(zhì)，再用去離子水多次清洗，確保纖維表面清潔，于烘箱中烘干待用。

PEEK 水性上漿劑的制備：將適量PEEK 粉末加入聚氧化乙烯等大分子表面活性物質(zhì)和聚氧乙烯醚類抗靜電劑復(fù)配成的乳化液中，以相反轉(zhuǎn)乳化法制得水性PEEK 乳化液，加入水稀釋即可制得目標(biāo)濃度的PEEK 水性上漿劑。

CFs 上漿處理：取適量預(yù)處理后的CFs 分別放入不同濃度的PEEK 乳液上漿劑中，在恒溫振蕩器中振蕩吸附15 min 左右即可取出CFs 絲束（CFs 與乳液的固液比為1 ∶200），烘干后待用。

熱塑性CFs/PEEK 復(fù)合材料的制備：將經(jīng)上漿處理的CFs 分多層鋪在不銹鋼模具中，加入PEEK 樹脂（控制CFs 體積分?jǐn)?shù)為33%），將模具用螺絲緊壓后置于馬弗爐中390 ℃保溫1.5 h。

1.3 測(cè)試與表征

參考GB/T22237—2008《表面活性劑表面張力的測(cè)定》，使用HZ-800 型界面張力儀測(cè)試乳液的氣液界面張力；采用JC2000C1 型接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定上漿前后CFs 的接觸角，每個(gè)樣品測(cè)試5 次取平均值。

采用TENSOR-37 型FTIR 對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，測(cè)試波數(shù)4 000~400 cm-1，掃描16 次，分辨率為4 cm-1；采用K-Aepna 型X 射線電子能譜儀對(duì)上漿前后的CFs 表面元素進(jìn)行定量分析；采用S-4800 型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察上漿前后的CFs 表面形貌；參考GB/T3362—2005《碳纖維復(fù)絲拉伸性能實(shí)驗(yàn)方法》，使用CMT4204 型萬能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定碳纖維復(fù)絲的拉伸斷裂強(qiáng)度，加載速率為5 mm/min。

分別按照GB/T1447—2005 和JC/T773—2010 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件和方法，使用CMT4204 型萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行復(fù)合材料力學(xué)性能的測(cè)試，其中復(fù)合材料拉伸試樣的尺寸為120 mm×12 mm×4 mm，標(biāo)距為50 mm，拉伸速率為10 mm/min；彎曲和層間剪切試樣的尺寸分別為80mm×12mm×4 mm 和40 mm×20 mm×4 mm，跨距分別設(shè)置為60 mm 和20 mm，加載速率分別為2 mm/min 和1 mm/min。

使用DMA242E 型動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀，測(cè)試CFs/PEEK 復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)熱力學(xué)性能。樣品的尺寸為60 mm×12 mm×4 mm，測(cè)試模式為三點(diǎn)彎曲，溫度范圍為30~290 ℃，升溫速率為3 ℃/min，測(cè)試頻率為1 Hz，比例因子為1.2。

2 結(jié)果與討論

2.1 上漿劑濃度對(duì)CFs 表面潤(rùn)濕性的影響

圖1為不同濃度上漿劑乳液的表面張力及該濃度上漿后CFs 的表面接觸角。

圖1 不同濃度上漿劑乳液的表面張力及上漿后CFs表面的接觸角Fig.1 Surface tension of emulsion with different sizing agents and contact angle of carbon fibers after sizing

由圖1 可知，當(dāng)上漿劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)，乳液表面張力有最小值為29.2 mN/m，繼續(xù)增加乳液的濃度，表面張力緩慢增大后趨于平緩。當(dāng)CFs 的上漿濃度較小時(shí)，CFs 的接觸角隨著上漿濃度的增加而迅速減小；當(dāng)上漿劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)，CFs 表面與水的接觸角達(dá)到最小值，此時(shí)樹脂在CFs 表面具有較好的潤(rùn)濕與鋪展性；隨著上漿劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步提高，CFs表面的接觸角增大，樹脂在纖維表面鋪展速度和均勻性變差。由此確定上漿劑乳液的最佳上漿劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%。

2.2 上漿改性前后CFs 的基團(tuán)分析

圖2所示為CFs 上漿前后的紅外譜圖。

圖2 CFs 上漿前后的紅外譜圖Fig.2 Infrared spectrum of CFs before and after sizing

由圖2 可知，上漿前后在2 919 cm-1處均有νCH2的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，在2 841 cm-1處有νCH2的對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰。使用水性PEEK 上漿劑上漿后的CFs紅外譜圖上出現(xiàn)新吸收峰，在1 648 cm-1處為酮羰基νC—O 的伸縮振動(dòng)吸收峰，在1 582 cm-1和1 488 cm-1處為歸屬于苯環(huán)νC—C 的伸縮振動(dòng)吸收峰，1 215 cm-1處為νph—O—ph 的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰，919 cm-1處為νph—O—ph 的對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰，在832 cm-1和754 cm-1處為C—H 面外彎曲振動(dòng)吸收峰。其中，1 582、1 488 和1 215 cm-1與919 cm-1處為PEEK主鏈聚芳醚的特征吸收峰，1 648 cm-1處為酮羰基νC—O 的特征吸收峰。這可以說明水性上漿劑中PEEK 的分子組分已經(jīng)成功地施覆到CFs 的表面。

2.3 上漿施覆對(duì)CFs 表面元素含量的影響

采用XPS 對(duì)水性PEEK 上漿劑施覆前后CFs 表面氧元素含量的變化進(jìn)行了表征。圖3 為經(jīng)上漿劑改性前后的CFs 的XPS C1s 峰譜圖。

圖3 不同上漿劑的CFs XPS C1s 譜圖Fig.3 XPS C1s spectra of CFs with different sizing agent

從圖3 中可以看出，原廠CFs 經(jīng)過分峰處理后有3 個(gè)峰，分別為C—C、C—H 鍵形式存在的石墨碳（峰①，284.32~284.6 eV），醇羥基（C—OH）、醚鍵（C—O—R），或者C—N（峰②，285.49~286.1 eV），以及羧基（—COOH） 或者酯基（—COOR）（峰③，287.52~288.26 eV）。而經(jīng)過水性PEEK 上漿劑處理后又出現(xiàn)了酮基（O—C——O—O）峰④，位于289.5 eV 附近。上漿前出廠CFs 表面氧元素的總含量為13.94%，經(jīng)PEEK 上漿劑上漿處理后CFs 表面含氧元素的活性基團(tuán)增加，氧元素的含量增加到19.51%，與原廠CFs 相比提高了7.63%，CFs 表面的化學(xué)活性和潤(rùn)濕性等界面性能得到了進(jìn)一步提升。

2.4 上漿劑附著量對(duì)CFs 表面形貌的影響

圖4為PEEK 上漿劑處理前后CFs 表面的SEM圖片。

圖4 上漿劑附著量對(duì)纖維表面形貌的影響Fig.4 Effect of sizing agent amount of sizing agent on surface morphology of carbon fiber

由圖4 可知，CFs 表面有許多溝槽和凹陷，經(jīng)過上漿處理后，CFs 表面的溝壑變淺或趨于平滑，溝壑的所在缺陷被上漿劑中聚合物組分固化后所形成的漿膜修復(fù)和填補(bǔ)，隨上漿量的變化CFs 表面的漿膜由粗糙趨于平滑；當(dāng)上漿附著量為6 mg/g 時(shí)，CFs 表面的漿膜致密均勻，上漿劑鋪展性最好；當(dāng)上漿附著量繼續(xù)增加到8 mg/g 以上時(shí)，可以看到漿料在CFs 表面開始出現(xiàn)漿膜堆積，甚至形成許多不規(guī)則的凸起圖如圖4（e）、（f）所示。漿膜堆積嚴(yán)重時(shí)容易發(fā)生團(tuán)聚，脫落與剝離現(xiàn)象，會(huì)降低CFs/PEEK 復(fù)合材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度。上漿處理后由上漿劑主體組分PEEK 聚合物形成的漿膜層在CFs 表面的均勻鋪展，有利于制備復(fù)合材料時(shí)基體PEEK 樹脂在CFs 表面的潤(rùn)濕與鋪展，潤(rùn)濕良好、鋪展均勻的樹脂有利于形成結(jié)合良好的CFs/PEEK 界面層，有利于提高CFs/PEEK 的界面粘結(jié)性能能。

2.5 上漿附著量對(duì)CFs絲束斷裂強(qiáng)度的影響

圖5為上漿劑附著量對(duì)CFs 絲束斷裂強(qiáng)度的影響。

圖5 上漿量對(duì)CFs 復(fù)絲斷裂強(qiáng)度的影響Fig.5 Effect of sizing amount on fracture strength of carbon fiber multifilament

從圖5 可以看出，去漿CFs 的斷裂強(qiáng)度為3.76GPa，CFs 上漿改性后的斷裂強(qiáng)度有了明顯的提高，當(dāng)上漿附著量達(dá)到6 mg/g 時(shí)，CFs 的斷裂強(qiáng)度為4.65 GPa，比改性前提高了23.7%，之后CFs 的斷裂強(qiáng)度不再有明顯提高。這是因?yàn)?，未?jīng)改性前CFs 的表面有較多的溝壑，經(jīng)過上漿施覆后，這些溝槽逐漸被修復(fù)CFs 表面變得平整光滑，形成了一層均勻的漿膜，CFs 和上漿劑能夠很好地結(jié)合在一起，當(dāng)CFs 受到外力作用時(shí)，上漿劑所形成的界面層能夠起到傳遞散外應(yīng)力、抑制內(nèi)應(yīng)力集中的作用。所以在對(duì)CFs 絲束進(jìn)行拉伸時(shí)，需要先克服CFs 表面漿膜形成的作用力才能使其斷裂；但漿膜的強(qiáng)度和延展性有其上限，表現(xiàn)為經(jīng)上漿處理的CFs 斷裂強(qiáng)力達(dá)到4.65 GPa 后，增加上漿量，斷裂強(qiáng)度不再變化?？梢?，使用上漿劑對(duì)CFs 上漿能在一定程度提高其斷裂強(qiáng)度。

2.6 不同上漿劑對(duì)CFs/PEEK 復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的影響

分別使用去漿CFs、原廠CFs 和經(jīng)本文PEEK 上漿劑上漿處理的CFs 制備3 種類型的CFs/PEEK 復(fù)合材料，研究上漿劑對(duì)復(fù)合材料的拉伸和彎曲強(qiáng)度的影響，如圖6 所示。

圖6 3 種CFs/PEEK 復(fù)合材料的拉伸和彎曲強(qiáng)度Fig.6 Tensile and bending strength of three kinds of CFs/PEEK composites

由圖6 可見，由原廠CFs 去漿處理后制備的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度最低，由經(jīng)過PEEK 水性上漿劑上漿的CFs 制備的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲最高，由原廠CFs 制備的復(fù)合材料性能在二者之間。這是因?yàn)?，由去漿CFs 制備的復(fù)合材料在拉伸和彎曲的過程中纖維和樹脂在界面層結(jié)合脆弱，容易發(fā)生分離，結(jié)合強(qiáng)度較差。當(dāng)使用PEEK 水性上漿劑對(duì)CFs 上漿改性處理后，一方面CFs 表面的羥基、羰基等含氧活性官能團(tuán)含量顯著增加，增加了樹脂間的反應(yīng)性，有利于CFs 表面PEEK 樹脂和基體PEEK 樹脂之間形成氫鍵締合以及其他分子間的化學(xué)鍵合；另一方面上漿劑固化后在CFs 表面形成一層均勻致密的高分子漿膜層，填補(bǔ)了纖維本身存在的孔隙、溝槽等缺陷，同時(shí)上漿劑中占主要組分的PEEK 大分與基體PEEK 樹脂同質(zhì)同源，在復(fù)合時(shí)除反應(yīng)基團(tuán)締合的氫鍵、緊密接觸面相互作用的范德華力外，還增強(qiáng)了CFs和樹脂基體間的機(jī)械嚙合作用，共同使CFs 和樹脂基體間的界面黏結(jié)性提高，從而使復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度得到顯著的提高。原廠CFs 表面使用的是環(huán)氧樹脂型上漿劑，一方面由于其熱固性的特點(diǎn)與熱塑性的PEEK 基體樹脂相容性差；另一方面，由于經(jīng)過環(huán)氧樹脂上漿，CFs 表面的含氧活性官能團(tuán)含量也較高，因而CFs 表面也具有較高的黏合性與反應(yīng)性。所以與去漿CFs 相比原廠CFs 制備的復(fù)合材料，CFs 與基體樹脂界面也有較好的結(jié)合強(qiáng)度，故制備的復(fù)合材料力學(xué)性能介于二者之間。

2.7 不同上漿劑對(duì)復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度的影響

圖7為3 種CFs/PEEK 復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度。

圖7 3 種CFs/PEEK 復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度Fig.7 Shear strength of three kinds of CFs/PEEK composites

由圖7 可知，未上漿改性的CFs 制備的復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度最低，經(jīng)過PEEK 乳液上漿劑上漿的CFs 制備的復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度最高，比未上漿改性的CFs 和原廠CFs 制備的復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度分別增加了47.53%和14.43%。這是由于，未上漿改性的CFs 表面活性官能團(tuán)較少，與PEEK 樹脂制備的復(fù)合材料界面層易產(chǎn)生孔洞和缺陷，界面粘結(jié)性較差；當(dāng)使用PEEK 乳液型上漿劑對(duì)CFs 上漿改性后，在CFs 表面形成一層致密漿膜結(jié)構(gòu)，同時(shí)改善了CFs和PEEK 樹脂間的潤(rùn)濕性，CFs 表面鋪展均勻致密的PEEK 漿膜，提高了PEEK 樹脂CFs 表面的浸潤(rùn)性和相容性，從而提高了CFs 與樹脂基體界面的相互作用，增強(qiáng)了界面的反應(yīng)性、粘結(jié)吸、錨定作用以及CFs 表面漿膜中PEEK 分子與基體樹脂PEEK 分子間的分子間作用力，提高了CFs/PEEK 復(fù)合材料的界面結(jié)合性能，所以PEEK 上漿劑上漿的CFs 復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度明顯提高。

2.8 不同上漿劑對(duì)CFs/PEEK 復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響

儲(chǔ)能模量（E′）、損耗模量（E″）和損耗因子（tan δ）是衡量高分子材料剛性及黏彈性等動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的重要指標(biāo)[33-34]。高分子材料在交變應(yīng)力作用下，tan δ 與E″成正比，與E′成反比。在樹脂基體和CFs 填充系數(shù)一定的情況下，CFs 聚合物基復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度隨動(dòng)態(tài)E′的增大而增大，隨tan δ 的增大而減小[35-36]。復(fù)合材料動(dòng)態(tài)E′越高，復(fù)合材料剛性越大，力學(xué)承載性能越好，界面結(jié)強(qiáng)度也就越大[37]；復(fù)合材料tan δ 越小，復(fù)合材料的黏彈性越好，界面層粘合性也就越好[38-39]。

圖8為CFs/PEEK 復(fù)合材料的溫度-儲(chǔ)能模量和溫度-損耗因子的關(guān)系曲線。

圖8 不同上漿劑對(duì)CFs/PEEK 復(fù)合材料動(dòng)態(tài)黏彈性的影響Fig.8 Effect of different sizing agent on dynamic viscoelasticity of CFs/PEEK composites

由圖8（a）可知，經(jīng)過PEEK 水性上漿劑上漿處理的CFs 復(fù)合材料的E′最高，原廠CFs 復(fù)合材料的E′次之，去漿的CFs 最低。這說明經(jīng)過上漿改性后的CFs復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度最大。由圖8（b）可知，經(jīng)PEEK上漿后的CFs 制備的復(fù)合材料其tan δ 最小，去漿和原廠的CFs 制備的復(fù)合材料的tan δ 相對(duì)較大。CFs/PEEK復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)分析結(jié)果表明，不同上漿劑對(duì)CFs/PEEK 復(fù)合材料層間粘結(jié)性能的增強(qiáng)趨勢(shì)與復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度的增強(qiáng)效果變化趨勢(shì)一致。

3 結(jié) 論

（1）使用水性PEEK 乳液型上漿劑上漿，可以提高CFs 表面含氧活性基團(tuán)含量，改善CFs 表面的潤(rùn)濕鋪展性能和反應(yīng)活性。水性PEEK 上漿劑的最佳使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)和附著量分別為2%和6 mg/g。

（2）最佳上漿工藝條件，CFs 表面氧元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19.51%，CFs 的斷裂強(qiáng)度較上漿前增加了23.7%，CFs/PEEK 復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度較上漿前的CFs 制備的復(fù)合材料分別提高了58.37%、37.01%和47.53%。

（3）水性PEEK 上漿劑能明顯提高CFs 與PEEK樹脂之間的界面粘結(jié)性能，從整體提高CFs/PEEK 復(fù)合材料的力學(xué)性能。