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上胶剂是碳纤维工业生产中的一种重要助剂，在保护纤维和改善纤维表面性能方面起着重要的作用。目前常用的上胶剂类型是乳液型上胶剂。乳化剂虽然能够提高纤维表面的浸润性，但是乳化剂的粘结性差，使用大量的乳化剂会影响复合材料的耐水性和力学性能。因此，本论文研究制备了一种具有自乳化和自固化性能的水性上胶剂。本文以甲苯二异氰酸酯(TDI)，聚乙二醇(PEG,200/400)，二羟甲基丁酸(DMBA)和2,3-环氧-1-丙醇等为原料，合成了两种不同类型的环氧改性水性聚氨酯(EPU1和EPU2)。用1HNMR和IR分别对二者的化学结构进行了表征，研究了温度、溶剂、加料方式以及体系的pH等因素对合成预聚体反应的影响，确定最佳反应参数。用TGA和DSC对EPUs的热性能和自固化反应进行了研究。TGA分析结果表明EPU2的热稳定比EPU1高，且它们的起始热分解温度都在250℃以上。DSC测试结果表明EPUs的自固化反应发生140℃以上，其固化机理为羧酸与环氧之间的反应。将EPUs配制成两种水性上胶剂(s-EPU1和s-EPU2)，并对碳纤维进行上胶，研究了上胶剂对碳纤维上胶率、吸水率、耐磨性、集束性、纤维表面以及界面性能的影响。结果表明，采用s-EPU2上胶剂处理的碳纤维性能优于环氧类上胶剂和s-EPU1上胶剂，其上胶率稳定；胶液能在碳纤维表面形成了完整的胶膜，从而有效地保护碳纤维；减少丝束的毛丝量，降低了吸水率，提高了纤维的耐磨性和集束性；另外在纤维表面还出现了凹凸不平物，增加了表面极性和粗糙度，提高了复合材料的界面剪切强度。与未上胶碳纤维复合材料相比，经s-EPU1上胶处理后碳纤维复合材料的层间剪切强度达到了最大值(75.5MPa)，提高了17%；经s-EPU2上胶处理后碳纤维复合材料的层间剪切强度达到了71.2MPa，提高了12%。首次将s-EPU2上胶剂与混酸处理后的碳纳米管混合，制备导电型上胶剂，即e-EPU2。对碳纤维进行上胶，研究上胶后复合材料的电性能和界面性能。结果表明，碳纤维经e-EPU2上胶处理后，复合材料的电导率达到了17.7×102S/m，层间剪切强度达到了66MPa。