方案摘要
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| 参考标准 | 无 |
碳纤维被广泛用作复合材料中的增强材料。由于碳纤维较脆，在制造过程中会因机械摩擦而出现许多问题，例如断丝和起毛。因此，碳纤维一般在表面上胶或包覆上胶层，胶层通常由聚合物组分组成的溶液或乳液中获得。从实用的角度来看，施胶配方应易于使用、长期储存（超过6个月）稳定、无毒和环保。 在该项工作中，为了改善碳纤维和热塑性基体(PEEK)之间的界面，优化纤维上的稳定性和成膜，研究了表面活性剂的性质和浓度的影响，以及PEI浓度对施胶分散体特性的影响。获得的分散体通过LUMiFuge快速评估稳定性。
碳纤维被广泛用作复合材料中的增强材料。由于碳纤维较脆，在制造过程中会因机械摩擦而出现许多问题，例如断丝和起毛。因此，碳纤维一般在表面上胶或包覆上胶层，胶层通常由聚合物组分组成的溶液或乳液中获得。从实用的角度来看，施胶配方应易于使用、长期储存（超过6个月）稳定、无毒和环保。
在该项工作中，为了改善碳纤维和热塑性基体(PEEK)之间的界面，优化纤维上的稳定性和成膜，研究了表面活性剂的性质和浓度的影响，以及PEI浓度对施胶分散体特性的影响。获得的分散体通过LUMiFuge快速评估稳定性。
1．样品制备
使用乳液溶剂挥发法制备PEI分散体。
PEI浓度为0.5wt%，使用不同浓度（0.3%、0.5%和1 wt%）的表面活性剂十二烷基硫酸钠 (SDS)和苯扎氯铵 (BC)。
添加剂浓度为0.5wt%，PEI浓度为0.1%、0.3%、0.5% 和1 wt%。
将含PEI的氯仿溶液倒入装有表面活性剂溶液的容器中，使用超声剪切将混合物乳化，然后使用磁力搅拌乳液使氯仿完全挥发。
乳液溶剂挥发法过程示意图
2．结果与分析
图1. 0.3% BC条件下，PEI浓度对分散体系积分透光率随时间的变化图谱
图1中，曲线图横坐标表示分离时间，纵坐标表示在该时间点时样品的积分透光率。通过SEPView软件计算曲线前2h线性部分的斜率相对应的澄清速度。斜率越陡，越不稳定。计算不同分散体的澄清速度并进行比较，以突出不同参数的影响。
2.1 表面活性剂的种类和浓度对分散体稳定性的影响
图2. 表面活性剂的种类和浓度对澄清速度的影响([PEI] = 0.5 wt%)。
如图2所示，表面活性剂的种类对澄清速度没有显着影响，除了0.3 wt%分散体，可能是因为在该浓度下BC乳化效率比较低。从表面活性剂的浓度来看，稳定性从0.5 wt%达到了一个平台。结果表明，不需要使用超过0.5 wt%的表面活性剂溶液来提高稳定性。
考虑到上述结果，苯扎氯铵和 SDS 可以得到稳定的分散体。然而，苯扎氯铵分散体没有形成均匀的薄膜，所以选择SDS。
2.2 PEI浓度对分散体稳定性的影响
图3. PEI浓度对澄清速度的影响(表面活性剂浓度为 0.5 wt%)。
PEI浓度对分散体稳定性影响显著（图3），1 wt%澄清速度是0.5 wt%的三倍。最佳 PEI 浓度为 0.5 wt%。
3. 结论
综合分析，用0.5wt% SDS作为表面活性剂稳定的0.5wt% PEI施胶剂非常稳定。通过扫描电镜观察发现，这种新型施胶剂使碳纤维和PEEK基体之间形成连续的界面，具有理想的成膜性和界面附着能力。
文献贡献者
纳米碳材料作为填料的分散方法的优化
非水溶剂中功能石墨烯纳米片的分散稳定性和定量评估
不同乳化剂对油酸和亚油酸乳状液稳定性的影响
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