2.3復配及乳化

將HA-PDMS與商業化環氧改性硅油(吉林乾仁有限公司提供)按照質量比1:4混合后，加入一定量的冰乙酸，攪拌均勻，緩慢加入去離子水，固定攪拌轉速下攪拌0.5~1h，得乳白色乳液，即為P-OA油劑。測定復配得到的P-OA乳液性能，并與J-OA比較，結果如表1所示。

表1 P-OA，J-OA乳液性能

由表1可知，P-OA乳液平均粒徑為167nm，J-OA乳液平均粒徑為257nm，合適的粒徑有利于乳液在PAN基炭纖維原絲表面均勻成膜，但乳液粒徑太小容易滲透到PAN原絲內部，乳液粒徑太大，成膜性差，降低炭纖維力學性能。據報道，炭纖維原絲油劑的粒徑大小最好在200 nm左右，表明P-OA適合用于PAN基炭纖維原絲生產。

由表1可知，P-OA乳液表面張力為23.80 mN/m，J-OA乳液表面張力為26.31 mN/m。由此可見，HA-PDMS的加入能降低P-OA的表面張力，且比J-OA的表面張力低。油劑的表面張力越低，其鋪展性越好，越容易在聚丙烯腈基炭纖維原絲表面成膜。

2.4 聚丙烯腈基炭纖維原絲生產及上油過程

吉林化纖基團有限公司使用丙烯腈水相懸浮聚合生產聚丙烯腈，采用二甲基乙酰胺作溶劑，采用濕紡法生產PAN基炭纖維原絲。在生產過程中分別使用固含量為3%的油劑P-OA與日本竹本油劑(J-OA，由吉林化纖集團有限公司提供)對PAN原絲上油，上油過程如圖2所示，浸油槽中預先加入適量油劑，在電機的牽引下，未上油的PAN原絲以75m/min的速度通過浸油槽，上油后的PAN原絲于150℃不銹鋼傳動輥干燥。P-OA與J-OA上油后的PAN原絲分別為P-PAN與J-PAN。

圖2 PAN原絲的上油過程

2.5 PAN原絲炭化及上漿過程

完成PAN原絲P-PAN與J-PAN的炭化與上漿，炭化實驗分別在200~300℃空氣氣氛下預氧化60 min、300~800℃氮氣氣氛下低溫炭化3 min和1500℃氮氣氣氛下高溫炭化1.5min，然后使用上漿劑QR-EP-8上漿并兩段干燥(120℃、3 min，140℃、3 min)，牽引速度為20 m/h，制備出炭纖維P-CF與J-CF。

2.6 測試與表征

日本島津公司IR-100傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)儀，分辨率2cm-1，掃描次數20次；瑞士布魯克公司AvanceII500MHz核磁共振波譜(1H-NMR)儀，以氘代氯仿作溶劑，TMS為內標，500 MHz核磁共振波譜儀測定；美國Brookhaven OMNI Zeta電位及粒度分析儀，取2μL 3%質量分數樣品加入樣品池中，用蒸餾水稀釋，超聲30s后進行測試，測試3次取均值；德國耐馳TG209F1熱重分析儀，測試溫度范圍0~500℃，以N2為吹掃氣和保護氣，流量為60mL/min，升溫速率10℃/min；芬蘭Kibron公司生產的Delta-8全自動表面張力儀，乳液測試固含量3%，每個樣品測試3次取平均值。德國Tex-techno Favimat+萬能型全自動單纖物性分析儀，依據GB/T14337-2008測試原絲單絲拉伸強度。美國Instron 5569A萬能材料試驗機，依據GB/T 3362-2017測試炭纖維拉伸性能。佛山市華大炭纖維分絲纏繞機，6m/min走絲30m，記錄海綿上殘留毛羽量。依據JISL1095-1979測定原絲與炭纖維耐摩擦系數。依據FZ/T50043-2018方法測試含油率。

3 結果與討論

圖3為產物的紅外光譜圖。通過圖3(a)與(b)對比可以看出，圖3(a)中2127cm-1處硅氫鍵的伸縮振動峰在圖3(b)中消失，表明環氧基團成功連接到H-PDMS兩端。通過圖3(b)與(c)對比可以看出，圖3(b)中910cm-1處環氧基的伸縮振動峰在圖3(c)中消失，并出現3377cm-1處羥基的伸縮振動峰，表明二乙醇胺已將環氧基團開環，成功制備了HA-PDMS。

圖3 (a)H-PDMS, (b)E-PDMS, (c)HA-PDMS 的FT-IR紅外光譜圖