2.3复配及乳化

将HA-PDMS与商业化环氧改性硅油(吉林乾仁有限公司提供)按照质量比1:4混合后，加入一定量的冰乙酸，搅拌均匀，缓慢加入去离子水，固定搅拌转速下搅拌0.5~1h，得乳白色乳液，即为P-OA油剂。测定复配得到的P-OA乳液性能，并与J-OA比较，结果如表1所示。

表1 P-OA，J-OA乳液性能

由表1可知，P-OA乳液平均粒径为167nm，J-OA乳液平均粒径为257nm，合适的粒径有利于乳液在PAN基炭纤维原丝表面均匀成膜，但乳液粒径太小容易渗透到PAN原丝内部，乳液粒径太大，成膜性差，降低炭纤维力学性能。据报道，炭纤维原丝油剂的粒径大小最好在200 nm左右，表明P-OA适合用于PAN基炭纤维原丝生产。

由表1可知，P-OA乳液表面张力为23.80 mN/m，J-OA乳液表面张力为26.31 mN/m。由此可见，HA-PDMS的加入能降低P-OA的表面张力，且比J-OA的表面张力低。油剂的表面张力越低，其铺展性越好，越容易在聚丙烯腈基炭纤维原丝表面成膜。

2.4 聚丙烯腈基炭纤维原丝生产及上油过程

吉林化纤基团有限公司使用丙烯腈水相悬浮聚合生产聚丙烯腈，采用二甲基乙酰胺作溶剂，采用湿纺法生产PAN基炭纤维原丝。在生产过程中分别使用固含量为3%的油剂P-OA与日本竹本油剂(J-OA，由吉林化纤集团有限公司提供)对PAN原丝上油，上油过程如图2所示，浸油槽中预先加入适量油剂，在电机的牵引下，未上油的PAN原丝以75m/min的速度通过浸油槽，上油后的PAN原丝于150℃不锈钢传动辊干燥。P-OA与J-OA上油后的PAN原丝分别为P-PAN与J-PAN。

图2 PAN原丝的上油过程

2.5 PAN原丝炭化及上浆过程

完成PAN原丝P-PAN与J-PAN的炭化与上浆，炭化实验分别在200~300℃空气气氛下预氧化60 min、300~800℃氮气气氛下低温炭化3 min和1500℃氮气气氛下高温炭化1.5min，然后使用上浆剂QR-EP-8上浆并两段干燥(120℃、3 min，140℃、3 min)，牵引速度为20 m/h，制备出炭纤维P-CF与J-CF。

2.6 测试与表征

日本岛津公司IR-100傅里叶变换红外光谱(FT-IR)仪，分辨率2cm-1，扫描次数20次；瑞士布鲁克公司AvanceII500MHz核磁共振波谱(1H-NMR)仪，以氘代氯仿作溶剂，TMS为内标，500 MHz核磁共振波谱仪测定；美国Brookhaven OMNI Zeta电位及粒度分析仪，取2μL 3%质量分数样品加入样品池中，用蒸馏水稀释，超声30s后进行测试，测试3次取均值；德国耐驰TG209F1热重分析仪，测试温度范围0~500℃，以N2为吹扫气和保护气，流量为60mL/min，升温速率10℃/min；芬兰Kibron公司生产的Delta-8全自动91视频免费福利，乳液测试固含量3%，每个样品测试3次取平均值。德国Tex-techno Favimat+万能型全自动单纤物性分析仪，依据GB/T14337-2008测试原丝单丝拉伸强度。美国Instron 5569A万能材料试验机，依据GB/T 3362-2017测试炭纤维拉伸性能。佛山市华大炭纤维分丝缠绕机，6m/min走丝30m，记录海绵上残留毛羽量。依据JISL1095-1979测定原丝与炭纤维耐摩擦系数。依据FZ/T50043-2018方法测试含油率。

3 结果与讨论

图3为产物的红外光谱图。通过图3(a)与(b)对比可以看出，图3(a)中2127cm-1处硅氢键的伸缩振动峰在图3(b)中消失，表明环氧基团成功连接到H-PDMS两端。通过图3(b)与(c)对比可以看出，图3(b)中910cm-1处环氧基的伸缩振动峰在图3(c)中消失，并出现3377cm-1处羟基的伸缩振动峰，表明二乙醇胺已将环氧基团开环，成功制备了HA-PDMS。

图3 (a)H-PDMS, (b)E-PDMS, (c)HA-PDMS 的FT-IR红外光谱图