趙玉芬, 李嘉祿, 宋磊磊, 姜 茜, 焦亞男

(天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300387)

上漿劑對(duì)國(guó)產(chǎn)碳化硅纖維表面及其織造性能的影響

趙玉芬, 李嘉祿, 宋磊磊, 姜 茜, 焦亞男

(天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300387)

為研究添加不同含量的水性環(huán)氧上漿劑以及上漿劑含固量對(duì)碳化硅(SiC)纖維表面以及SiC纖維束織造性能的影響，對(duì)纖維束進(jìn)行了二次表面上漿處理。測(cè)試了SiC纖維束的耐磨性、強(qiáng)伸性以及柔軟性等適編性能。結(jié)果表明：與未二次上漿和由E-0、 E-10、E-20上漿劑上漿的SiC纖維束相比，經(jīng)E-15上漿劑上漿后的SiC纖維束耐磨性能最好, 柔軟性也較好；上漿劑的含固量對(duì)纖維表面形貌影響較大；用含固量為9%的E-15上漿劑上漿后的纖維表面漿膜更為完整光滑，同時(shí)SiC纖維束的斷裂強(qiáng)度較未二次上漿處理的提高了180%，說(shuō)明此含固量為最適合的E-15上漿劑含固量。

水性環(huán)氧樹脂； 上漿； 碳化硅纖維； 可織性； 耐磨性

碳化硅(SiC)纖維是一種具有高比強(qiáng)度、高比模量、 耐高溫、抗氧化、耐化學(xué)腐蝕并具有優(yōu)異電磁波吸收特性的陶瓷纖維。由SiC纖維預(yù)制體作為增強(qiáng)相的復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航空、航天、核能與耐火材料等領(lǐng)域[1-3]。并且SiC纖維預(yù)制體作為先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)骨架，其結(jié)構(gòu)及性能對(duì)復(fù)合材料的性能起著決定性的作用。但是SiC纖維同碳纖維一樣屬于脆性材料，斷裂伸長(zhǎng)率低且彈性小，現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)碳化硅纖維與進(jìn)口纖維力學(xué)性能的差距大，在生產(chǎn)加工過(guò)程中，經(jīng)機(jī)械摩擦易產(chǎn)生毛絲及單絲斷裂等現(xiàn)象，使得纖維的強(qiáng)度降低；并且用于增強(qiáng)復(fù)合材料的SiC纖維預(yù)制體在織造過(guò)程中，由于受到反復(fù)拉伸、摩擦和彎曲等作用，造成纖維束起毛、松散或劈絲，并使織造時(shí)開口不清晰，從而導(dǎo)致纖維交織難以順利進(jìn)行，嚴(yán)重影響碳化硅纖維預(yù)制體的質(zhì)量，進(jìn)而嚴(yán)重制約復(fù)合材料的性能。此外，在進(jìn)行復(fù)雜異型、寬幅高厚預(yù)制件的織造時(shí)，對(duì)國(guó)產(chǎn)KD-I型碳化硅纖維的可織性要求更高，普通的上漿效果還不能完全滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。為實(shí)現(xiàn)SiC纖維預(yù)制體的穩(wěn)定生產(chǎn)，必須探究新的上漿工藝及上漿劑對(duì)纖維表面進(jìn)行上漿處理，以提高其在多種結(jié)構(gòu)預(yù)制體中的可織性。

上漿劑可在纖維表面形成保護(hù)膜, 同時(shí)對(duì)纖維具有集束的功能，類似黏合劑使纖維聚集在一起，這樣在后續(xù)的加工過(guò)程中減少摩擦、磨損并防止產(chǎn)生毛絲[4]。同時(shí)，SiC纖維作為一種脆性材料，其抗拉強(qiáng)度受控于纖維中裂紋和缺陷的數(shù)量。由于纖維內(nèi)裂紋和缺陷的隨機(jī)分布，使纖維的強(qiáng)度呈現(xiàn)一定的分散性，對(duì)SiC纖維在實(shí)際中的應(yīng)用也會(huì)造成影響[5]。SiC纖維的斷裂往往是由表面缺陷引起的，而纖維表面漿膜可有效彌補(bǔ)纖維表面裂紋和缺陷[6-7]，因此其對(duì)提高纖維的承載能力有較大貢獻(xiàn)。然而，目前對(duì)國(guó)產(chǎn)碳化硅纖維表面上漿改性及其可織性方面的研究還少有報(bào)道。

本文研究借鑒紡織面料織造的織前準(zhǔn)備技術(shù)，并且結(jié)合國(guó)產(chǎn)KD-I型碳化硅纖維的應(yīng)用背景，對(duì)國(guó)產(chǎn)碳化硅纖維進(jìn)行二次表面上漿處理，旨在進(jìn)一步提升纖維的耐磨性、強(qiáng)伸性和柔軟性等可織性能。由于纖維在制備過(guò)程中已進(jìn)行初次上漿，而在本文研究中直接在已有上漿的基礎(chǔ)上進(jìn)行再次上漿處理，因此對(duì)本文研究的上漿處理稱為二次表面上漿處理。國(guó)產(chǎn)KD-I型SiC纖維的直徑(約為12.5 μm)比碳纖維大得多,故SiC纖維集束和毛絲的收攏難度比碳纖維更大,要求也苛刻得多。相比于對(duì)碳纖維上漿的大量研究[8-10]，針對(duì)SiC纖維上漿的報(bào)道因應(yīng)用和技術(shù)等方面的原因相對(duì)較少，如文獻(xiàn)[5]和[11]提及?；赟iC纖維脆性大、纖維硬挺以及碳纖維上漿的一些研究和漿液的配制理論等，本文研究以水性環(huán)氧樹脂為主體,同時(shí)添加不同含量的助劑來(lái)改變漿料的性能，通過(guò)對(duì)SiC纖維束進(jìn)行二次表面上漿處理，考察二次上漿處理前后纖維的耐磨性、強(qiáng)伸性、柔軟性及微觀表面形態(tài)的變化，得到適宜的助劑含量和優(yōu)化的上漿濃度，進(jìn)而使其可織性得到改善。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

國(guó)產(chǎn)KD-I 型SiC纖維，1.2 K，國(guó)防科技大學(xué)；雙酚A型水性環(huán)氧樹脂，6019C，上海富朗化工有限公司；助劑：親水性有機(jī)硅整理劑，ZJ-G10，廣州莊杰化工有限公司；去離子水。

1.2 試樣制備

配制了添加4種助劑含量及10種不同含固量的水性環(huán)氧上漿劑，采用相同的上漿工藝對(duì)SiC纖維束進(jìn)行上漿處理。

SiC纖維束上漿采用實(shí)驗(yàn)室自制的單纖維束上漿裝置，上漿過(guò)程如圖1所示。將配制好的上漿劑倒入圖1所示漿槽2內(nèi)，未上漿的SiC纖維束1在牽引張力作用下經(jīng)過(guò)漿槽2，浸漿時(shí)間為30 s；然后經(jīng)過(guò)壓漿輥3進(jìn)行壓漿。經(jīng)過(guò)擠壓后，紗線表面的毛羽貼伏在紗身上，漿液充分滲入纖維束內(nèi)部。再經(jīng)過(guò)烘干裝置4，烘干滲透到纖維束內(nèi)部和包覆在纖維表面的漿液，使?jié){料在內(nèi)部作用于纖維，增加抱合，在外部貼伏毛羽。最后得到上漿后的SiC纖維束5。

注：1—未上漿SiC纖維束； 2—漿槽； 3—壓漿輥； 4—烘干裝置； 5—上漿SiC纖維束。圖1 SiC纖維束上漿裝置簡(jiǎn)圖Fig.1 Schematic of sizing machine of SiC fibers

1.3 測(cè)試與表征

在織造過(guò)程中，SiC纖維束需承受由于反復(fù)拉伸和各種摩擦作用力引起的復(fù)合應(yīng)力，SiC纖維束能夠承受這些復(fù)合應(yīng)力作用的能力稱為SiC纖維束的可織性。SiC纖維束力學(xué)性能指標(biāo)的優(yōu)劣直接影響其可織性，且對(duì)于脆性SiC纖維束的織造性影響最大的是紗線的耐磨性、強(qiáng)伸性和柔軟性，因此本文對(duì)SiC纖維束可織性的研究主要集中于紗線的耐磨性、強(qiáng)伸性以及柔軟性。

1.3.1 耐磨性能測(cè)試

參照FZ/T 01058—1999《紗線耐磨試驗(yàn)方法 往復(fù)式磨輥法》，自制簡(jiǎn)易耐磨裝置。使試樣與包覆600號(hào)砂紙的磨輥?zhàn)鲃蛩偻鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，設(shè)定纖維束張力為50 g。

1.3.2 強(qiáng)伸性能測(cè)試

參照GB/T 3362—2005《碳纖維復(fù)絲拉伸性能試驗(yàn)方法》，對(duì)不浸膠的SiC纖維束進(jìn)行拉伸測(cè)試；斷裂強(qiáng)度通過(guò)平均斷裂強(qiáng)力除以實(shí)測(cè)線密度計(jì)算得到。實(shí)驗(yàn)儀器采用AGS-J萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)?？紤]原SiC纖維束的質(zhì)量不勻性及上漿后纖維束離散程度，每個(gè)試樣測(cè)試20次，求其平均值。

1.3.3 硬挺度測(cè)試

根據(jù)GB 7690.4—2013《增強(qiáng)材料 紗線試驗(yàn)方法 第4部分：硬挺度的測(cè)定》測(cè)試無(wú)捻粗紗硬挺度的測(cè)定方法，測(cè)試SiC纖維束的硬挺度。試樣長(zhǎng)為(500±5) mm, 試樣SiC纖維束均衡懸掛于鉤子上30 s左右, 讀出紗線在標(biāo)尺處的兩端距離。每個(gè)試樣測(cè)試10次, 求其平均值。

1.3.4 纖維表面微觀形貌表征

釆用TM1000型掃描電子顯微鏡對(duì)SiC纖維表面形貌進(jìn)行觀察，制樣時(shí)，將單根纖維伸直平行排列并黏貼在樣品臺(tái)上，10根左右為宜。

2 結(jié)果與討論

2.1 漿液含固量與上漿率的關(guān)系

由于本文實(shí)驗(yàn)采用相同的上漿工藝對(duì)SiC纖維束進(jìn)行上漿，即浸漿時(shí)間和壓漿條件(壓漿輥的壓力)相同，因此，在相同的上漿條件下，漿液含固量是決定上漿率的主要因素，通過(guò)調(diào)節(jié)上漿劑含固量來(lái)控制上漿率[12]。漿液含固量及上漿后樣品上漿率如表1所示。其中主漿料水性環(huán)氧中助劑含量分別占主漿料的0%、10%、15%和20%，且添加4種助劑含量的水性環(huán)氧上漿劑分別簡(jiǎn)稱為E-0、E-10、E-15和E-20。

表1 二次上漿后樣品上漿率Tab.1 Size ratio after secondary sizing treatment %

如表1所示：當(dāng)上漿劑中助劑含量一定時(shí)，上漿率隨漿液含固量的增大而增加；并且上漿劑中助劑含量不同，上漿率隨漿液含固量的增大趨勢(shì)也不同。這是因?yàn)橹鷦┯H水硅油的加入使得上漿劑的黏度發(fā)生了變化，助劑含量越大，上漿劑黏度也就越大[13]，從而使得SiC纖維束的上漿率隨助劑含量的增加而增加。

2.2 耐磨性

為分析二次上漿處理前后各物理力學(xué)性能指標(biāo)對(duì)SiC纖維束可織性的影響，以及探討SiC纖維束的斷裂機(jī)制，需研究上漿前后SiC纖維束物理力學(xué)性能的變化情況。如用漿紗耐磨儀測(cè)試?yán)w維束耐磨性時(shí)，一般是測(cè)試磨斷纖維束試樣所需的疲勞循環(huán)次數(shù)。但實(shí)際織造時(shí)，纖維束物理力學(xué)性能損耗較小，一般不會(huì)達(dá)到磨斷的程度，所以測(cè)試SiC纖維束在耐磨儀上經(jīng)一定疲勞循環(huán)次數(shù)磨損后的SiC纖維束強(qiáng)伸性和表面毛羽的變化應(yīng)能更好地反映SiC纖維束的可織性[14]。由于未經(jīng)二次上漿處理的SiC纖維束在600#砂紙和50 g張力耐磨條件下，纖維束經(jīng)200次疲勞循環(huán)次數(shù)就被磨斷，因此本文實(shí)驗(yàn)為考察二次上漿處理對(duì)SiC纖維束耐磨性能的影響，選定漿紗耐磨儀的疲勞循環(huán)次數(shù)為200。圖2示出添加不同助劑含量的水性環(huán)氧上漿劑及不同漿液含固量對(duì)SiC纖維束耐磨性能的影響。

圖2 二次上漿前后SiC纖維束的耐磨性能Fig.2 Abrasion resistance of SiC fibers before and after secondary sizing treatment

由圖2可知，經(jīng)200次疲勞循環(huán)耐磨實(shí)驗(yàn)后，由E-15上漿劑上漿后SiC纖維束的強(qiáng)度保留率最高，且漿液含固量為9%時(shí)纖維束經(jīng)摩擦后強(qiáng)力保留率為69.1%。這是由于上漿劑中助劑含量低或沒(méi)有添加助劑時(shí)，纖維表面漿膜較硬，摩擦?xí)r纖維易發(fā)生脆性斷裂，脆斷的單絲加劇了纖維束的磨損，而上漿劑中加入助劑親水硅油后，上漿劑大分子鏈之間的結(jié)合力降低，從而使?jié){膜變得柔軟，纖維束的柔軟性能提高，如表2所示。較好的柔軟性在紡織工藝中不但可減少纖維的表面損傷和脆斷頭，還保證織物具有較好的外觀和性能。目前，由于國(guó)產(chǎn)SiC纖維直徑較大，纖維束較為硬挺，因此，在進(jìn)行復(fù)雜高厚織物織造時(shí)，由于受到的反復(fù)拉伸、摩擦和彎曲等程度較大，纖維易發(fā)生脆斷，從而影響織物的性能，并且纖維硬挺對(duì)獲得較高纖維體含量的織物也不利。其次，硅油在上漿劑中以乳液的形式分布, 在漿膜形成時(shí)由于水分的蒸發(fā)使環(huán)氧分子密集, 在內(nèi)聚力作用下油劑易被擠向漿膜表面, 處于漿膜表面的油劑可起到平滑作用, 使?jié){膜表面的摩擦因數(shù)減小, 經(jīng)一定次數(shù)磨損后纖維表面漿膜及纖維束受磨損的程度降低，纖維束的強(qiáng)度保留率高，因此耐磨性能提高。但是上漿劑中硅油含量太高時(shí)，油劑對(duì)內(nèi)聚力的影響又使得漿膜結(jié)構(gòu)松弛, 受磨后易破損[15]，因此，由E-20上漿劑上漿后SiC纖維束的耐磨性能又有所下降。綜上，本文研究認(rèn)為 E-15上漿劑上漿后SiC纖維束更有利于復(fù)雜織物的織造。

圖3 SiC纖維束經(jīng)E-15上漿劑上漿前后纖維表面形貌Fig.3 Surface morphologies of SiC fibers unsized by E-15 sizing agent(a) and sized with 1% (b), 2% (c), 3%(d), 4%(e), 5%(f), 6%(g), 7%(h), 8%(i), 9%(j) and 10%(k)

2.3 SiC纖維束表面形貌及強(qiáng)伸性

由前面的討論可知，經(jīng)添加助劑含量為15%的水性環(huán)氧上漿劑上漿后的SiC纖維束更有利于織物織造，因此，本文研究主要對(duì)E-15上漿劑上漿SiC纖維束的表面形貌以及強(qiáng)伸性能進(jìn)行討論。

表2 二次上漿處理前后SiC纖維束的硬挺度Tab.2 Stiffness of SiC fibers before and after secondary sizing treatment mm

2.3.1 二次上漿處理對(duì)纖維表面形貌的影響

圖3示出SiC纖維束經(jīng)E-15上漿劑上漿前后表面形貌的變化。

由于SiC纖維在二次上漿前，并未對(duì)原有纖維進(jìn)行退漿處理，因此，由圖3可看到，原有纖維在制備過(guò)程中已進(jìn)行過(guò)表面處理且處理效果較差，單絲之間具有明顯的黏連和并絲現(xiàn)象，從而使得纖維束較為硬挺，并且在后期加工和使用過(guò)程中易撕裂分開，造成表面缺陷(如圖3(a)中圓圈所示)。其次，纖維表面漿膜覆蓋不完整，摩擦?xí)r纖維束表面漿料團(tuán)聚及黏連處先發(fā)生破壞，造成漿膜脫落，從而纖維束耐磨性能差；而且在受到外在載荷作用時(shí)，脆斷的單絲，漿膜團(tuán)聚以及纖維表面缺陷處易造成應(yīng)力集中，造成纖維束力學(xué)性能下降，因此，這種表面處理效果未能起到補(bǔ)強(qiáng)的作用。而SiC纖維束經(jīng)二次上漿處理后，隨上漿劑含固量的增大，纖維表面形貌也發(fā)生了明顯的變化，纖維與纖維間明顯的漿料團(tuán)聚及黏連現(xiàn)象消失，這是因?yàn)榻?jīng)漿液主要成分為環(huán)氧的水性體系上漿時(shí)，原有纖維在這種引入親水性硅油的上漿劑作用下分散開來(lái)，同時(shí)已知初次上漿漿料也為水溶性漿，可推斷二次上漿的水性體系對(duì)初次上漿具有一定的退漿或軟化作用[16]，且上漿纖維烘干溫度為100 ℃，在二次上漿漿液烘干成膜前纖維表面初次上漿漿膜也預(yù)熱變軟，協(xié)同二次上漿漿液重新在纖維表面鋪展開來(lái)；同時(shí)二次上漿漿液中引入的親水性硅油可賦予纖維滑軟的特性，從而使得纖維間不再有重度黏連現(xiàn)象發(fā)生，但是使用含固量為1%～5%的上漿劑對(duì)纖維上漿時(shí)，上漿劑黏度偏低，在纖維表面形成的漿膜不能完全覆蓋纖維表面原有漿膜；隨著漿液含固量的增加，上漿劑黏度適中，協(xié)同初次上漿漿料在纖維表面形成的漿膜平整光滑，尤其上漿劑含固量為9%時(shí)，纖維表面漿膜最為光滑平整，從而有利于纖維束的耐摩擦性能；漿液含固量的再次提高，上漿劑黏度增加，流動(dòng)性降低，纖維表面出現(xiàn)輕微的漿料團(tuán)聚現(xiàn)象，從而使得纖維束的耐磨性略有下降(如圖2所示)。

2.3.2 二次上漿處理對(duì)纖維束強(qiáng)伸性能的影響

漿紗在織機(jī)上織造時(shí)會(huì)受到一定的拉力和沖擊力，因而漿紗必須具有承受這些拉力和沖擊力的強(qiáng)度。上漿使?jié){液浸透到纖維束的內(nèi)部, 使纖維相互黏結(jié)防止滑移, 從而會(huì)增加紗的強(qiáng)度。圖4示出二次上漿處理前后SiC纖維束的力學(xué)性能。由圖可看出，SiC纖維束的強(qiáng)伸性能隨上漿劑含固量的增大呈先增加后下降的趨勢(shì)。這主要是因?yàn)殡S上漿劑含固量的增加，SiC纖維束的上漿率增加(如表1所示)。上漿率越大，纖維之間黏附性越強(qiáng)，抱合力越大，使脫離纖維束的單絲較少，從而SiC纖維束的集束性越好；當(dāng)上漿劑含固量為9%時(shí)，SiC纖維束的強(qiáng)伸性能最好，其斷裂強(qiáng)度由未二次上漿處理時(shí)的6.5 cN/tex提高到了18.2 cN/tex。這說(shuō)明二次上漿處理對(duì)SiC纖維束的力學(xué)性能具有明顯的改善作用。然而，上漿劑含固量再次增加時(shí)，上漿劑黏度較大，會(huì)使得漿料在纖維表面發(fā)生團(tuán)聚，在受到拉伸載荷時(shí)促進(jìn)了缺陷處應(yīng)力的過(guò)渡擴(kuò)散，形成薄弱的橫截面，致使SiC纖維束的強(qiáng)伸性下降[6]。綜上所述， 9%的E-15上漿劑含固量為最優(yōu)的漿液配方。

圖4 二次上漿處理前后SiC纖維束的力學(xué)性能Fig.4 Tensile properties of SiC fibers before and after secondary sizing treatment

2.3.3 二次上漿處理對(duì)纖維束力學(xué)性能的影響

SiC纖維強(qiáng)度由于受其內(nèi)部和表面隨機(jī)分布的缺陷的影響，呈現(xiàn)出較大的分散性，而二次上漿使SiC纖維表面形成的保護(hù)膜具有補(bǔ)強(qiáng)作用，在一定程度上彌補(bǔ)了纖維制備和初次表面處理時(shí)在纖維表面形成的裂紋和缺陷，從而能夠降低纖維或纖維束強(qiáng)度的離散程度。目前對(duì)纖維分散程度的描述主要有Weibull分布、正態(tài)分布和指數(shù)分布等，這幾種分布均具有較好的合理性和實(shí)用性，但相對(duì)而言Weibull分布較為完善，且對(duì)于脆性纖維強(qiáng)度的分析更為適用[17-19]。常用二參數(shù)Weibull分布來(lái)描述脆性纖維的斷裂概率：

式中：F(σ)為斷裂概率密度函數(shù)；σ為強(qiáng)度測(cè)試值；σ0為Weibull分布的尺度參數(shù)；m為形狀參數(shù)(Weibull模數(shù))，用于表征強(qiáng)度的分散性，m越大，表明強(qiáng)度的分散性越小，材料的力學(xué)性能越好。

由圖4可知，經(jīng)含固量為9%的E-15上漿劑上漿后SiC纖維束的力學(xué)性能最好，因此，圖5示出未二次上漿和經(jīng)含固量為9%的E-15上漿劑上漿后SiC纖維束斷裂強(qiáng)度測(cè)試數(shù)據(jù)的Weibull線性擬合圖。可見上漿前后SiC纖維束的概率圖基本呈一條直線。為便于比較，將擬合結(jié)果列于表3中。由表可看出，上漿前后SiC纖維束的相關(guān)系數(shù)R值均非常接近于1，因此可斷定SiC纖維束的強(qiáng)度可用二參數(shù)Weibull分布來(lái)描述。

由表3中數(shù)值還可看出，未二次上漿處理的KD-I型SiC纖維束強(qiáng)度的Weibull模數(shù)為6.19，說(shuō)明離散程度比較大，這主要是因?yàn)镾iC纖維作為脆性材料，在制備過(guò)程其內(nèi)部和表面會(huì)引入缺陷，受力時(shí)易發(fā)生脆性斷裂，使得SiC纖維的強(qiáng)度分散性很大；其次，原有SiC纖維束已進(jìn)行過(guò)表面上漿處理，經(jīng)電鏡觀察發(fā)現(xiàn)纖維表面的處理效果很差，單絲之間具有明顯的黏連和并絲現(xiàn)象；纖維表面漿膜覆蓋也不完整，這就造成纖維束整體性能具有較大的不勻性；由Weibull理論可知，纖維的斷裂主要存在于最大缺陷的弱節(jié)橫截面，纖維或纖維束在受到拉伸時(shí)往往在薄弱處或缺陷處開始發(fā)生斷裂，因此，在國(guó)產(chǎn)SiC纖維自身特性的基礎(chǔ)上，較差的上漿效果就更加增大了SiC纖維束強(qiáng)度的分散性。而經(jīng)二次上漿處理后，SiC纖維束強(qiáng)度的Weibull模數(shù)為13.95，強(qiáng)度分散性降低，這是因?yàn)镾iC纖維表面得到完整光滑漿膜的修飾，當(dāng)纖維束受到外力作用時(shí)，弱節(jié)缺陷處的漿膜起到了抑制應(yīng)力集中和分散外應(yīng)力的作用，從而使得SiC纖維束的強(qiáng)度明顯提高。

圖5 二次上漿處理前后SiC纖維束強(qiáng)度的 Weibull線性擬合圖Fig.5 Weibull distribution curves of tensile strength of SiC fibers before and after secondary sizing treatment.(a) Before secondary sizing treatment; (b) Sized with 9% E-15 sizing agent

樣品形狀參數(shù)m尺度參數(shù)σ0平均強(qiáng)度σ/(cN·tex-1)R值未二次上漿6197016509739%的E?15上漿劑上漿139518861820983

3 結(jié) 語(yǔ)

二次表面上漿處理對(duì)SiC纖維束的強(qiáng)伸性具有明顯的改善作用，且上漿劑中助劑含量不同，SiC纖維束的強(qiáng)伸性增加的幅度也不同。上漿劑中助劑含量較低時(shí)，SiC纖維束的強(qiáng)伸性能隨上漿劑含固量的增加而提高；上漿劑中助劑含量較高時(shí)，SiC纖維束的強(qiáng)伸性能隨上漿劑含固量的增加呈先提高后下降的趨勢(shì)。經(jīng)含固量為9%的E-15水性環(huán)氧上漿劑上漿后SiC纖維束表面漿膜最為完整光滑, SiC纖維束的耐磨性能最好，纖維比較柔軟，更有利于復(fù)雜異形織物的織造，并且SiC纖維束的斷裂強(qiáng)度較未二次上漿處理的提高了180%，漿膜補(bǔ)強(qiáng)作用明顯。

本文研究結(jié)果表明，上漿劑對(duì)SiC纖維表面及其可織性具有較明顯的影響，下一步研究還將對(duì)比SiC纖維上漿前后的實(shí)際織造情況，以探討實(shí)際織造過(guò)程對(duì)SiC纖維的損傷機(jī)制，進(jìn)而評(píng)價(jià)上漿對(duì)SiC纖維適編性能的影響；同時(shí)，漿液成分及上漿率對(duì)后期復(fù)合材料性能的影響也會(huì)進(jìn)行深入探討。最終通過(guò)織造工藝和復(fù)合材料性能的綜合調(diào)控獲得最佳的漿料配方。

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Influence of sizing agent on surface and weavingperformance of SiC fibers

ZHAO Yufen， LI Jialu， SONG Leilei， JIANG Qian， JIAO Ya′nan

(KeyLaboratoryofAdvancedTextileComposites(MinistryofEducation),TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China)

To investigate the influence of the additive content in sizing agent and the percentage by weight of size on the surface and weavability of SiC fibers, the domestic KD-I SiC fibers were sized with waterborn epoxy resin sizing agent by two times of sizing treatment. Tensile abrasion resistance, strength and elongation and flexibility were studied. The results indicate that SiC fibers sized with E-15 sizing agent exhibit higher abrasion resistance and better flexibility than those unsized and sized with E-0, E-10 and E-20 sizing agents. It is also found that the percentage by weight of size has significantly influence on the surface morphology of SiC fibers. The SiC fibers sized with 9% E-15 sizing agent is considered as the optimum dosage, and the tensile strength of SiC fibers is enhanced by about 180% compared with that of the unsized.

waterborn epoxy resin; sizing; SiC fiber; weavability; abrasion resistance

2016-05-16

2016-12-15

天津市科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(15ZCZDGX00340)

趙玉芬(1988—)，女，博士生。研究方向?yàn)榱Ⅲw織物織造技術(shù)及其復(fù)合材料性能。焦亞男，通信作者，E-mail: jiaoyn@tjpu.edu.cn。

10.13475/j.fzxb.20160503607

TB 332

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