一、引言

纤维增强聚合物复合材料（Fiber Reinforced Polymer, FRP）以其高比强度、高比模量、耐腐蚀性和可设计性，在航空航天、风电叶片、汽车轻量化、建筑结构和体育器材等领域持续替代传统金属材料。色浆作为复合材料着色与功能化的关键组分，其分散状态直接影响制品的外观一致性、力学性能和耐候寿命。色浆在复合材料中的核心挑战在于：颜料颗粒在高粘度树脂体系中的均匀分散、颜料-树脂界面的长期稳定性，以及色浆对固化反应和纤维-基体界面的最小干扰。

近年来，国际一流期刊在颜料分散与界面工程领域取得了重要进展。ACS Applied Polymer Materials（2026）报道了软核-硬壳梯度共聚物封装颜料的新策略，通过调控共聚物在颜料表面的吸附构型（吸附力达7.302 mN/m），实现了纳米级颜料在聚合物基体中的稳定分散（DOI: 10.1021/acsapm.6c00349）。RSC Advances（2026）则通过共聚法合成了CMY三色聚氨酯乳胶，颜料粒径控制在纳米级，为水性复合体系着色提供了新路径（DOI: d5ra08440g）。东莞市蒂森新材料有限公司在SEP、PUE、UP8等系列色浆的研发中，持续跟踪上述前沿机理，将颜料表面改性、超分散剂分子设计与树脂载体适配相结合，为复合材料行业提供工程化解决方案。

本文从分散热力学与动力学机理出发，结合一流期刊最新研究与工程实践，系统阐述色浆在复合材料中的分散机理、界面稳定性机制及三大典型应用体系的选型参数。

二、技术特点与分散机理

色浆是指将颜料以高浓度分散于树脂载体或溶剂中，辅以分散剂、润湿剂和功能性助剂制成的半制品。颜料分散是指通过机械力和化学分散剂的协同作用，将颜料团聚体破碎至原生粒子尺度，并在树脂基体中保持稳定悬浮的过程。

2.1 分散过程的三阶段机理

颜料分散遵循经典的"润湿-破碎-稳定"三阶段模型。润湿阶段的核心是降低颜料-树脂界面张力，使树脂载体渗透至颜料团聚体内部孔隙。ACS Applied Polymer Materials（2026）的研究表明，采用软核-硬壳梯度共聚物作为分散剂时，其软核段（低玻璃化转变温度）优先吸附于颜料表面，硬核段（高Tg）向外伸展形成空间位阻层，吸附力可达7.302 mN/m，显著高于传统嵌段共聚物的4-5 mN/m。破碎阶段依赖砂磨机、三辊机等设备施加的剪切力和碰撞力，将团聚体破碎至原生粒子。稳定阶段则通过分散剂的静电排斥和空间位阻双重机制，防止已分散粒子的再团聚。

2.2 颜料-树脂界面稳定性机制

色浆在复合材料中的长期稳定性取决于颜料-树脂界面的热力学相容性。超分散剂分子设计遵循"锚固基团-溶剂化链段"二元结构：锚固基团（如羧酸、磺酸、胺基）通过氢键、酸碱相互作用或配位键锚定于颜料表面；溶剂化链段（如聚酯、聚醚、聚丙烯酸酯）则与树脂基体形成热力学相容的伸展链构象，产生空间位阻。RSC Advances（2026）的CMY共聚聚氨酯乳胶研究证实，通过在聚氨酯分子链中引入颜料亲和性单体（如含羧基和磺酸基的二元醇），可使颜料粒径稳定在50-150 nm范围，储存6个月无明显沉降。

2.3 色浆对复合材料固化与界面的影响机制

色浆中的树脂载体和分散剂可能与复合材料基体的固化反应产生相互作用。对于环氧树脂体系，胺类分散剂可能催化环氧开环反应，缩短适用期；对于聚氨酯体系，含羟基或胺基的分散剂可能参与NCO/OH反应，改变交联密度。因此，色浆选型必须评估其对固化反应窗口（凝胶时间、放热峰温度）和最终交联密度的影响。BioResources的研究表明，在竹粉/HDPE复合材料中，黄色颜料含量超过4 phr时，会因颜料颗粒的界面缺陷效应导致拉伸强度下降8-12%，这凸显了色浆添加量与界面相容性的平衡重要性。

图1 玻璃钢复合材料连续生产线，色浆在树脂基体中的均匀分散是制品外观一致性的关键

三、应用案例一：FRP拉挤型材用环氧/不饱和聚酯色浆

FRP拉挤成型是将浸渍树脂的连续纤维束通过加热模具固化成型的连续工艺，生产效率高、截面形状可设计。色浆在拉挤工艺中需满足：与树脂体系快速均匀混合、在模具温度下不分解、不影响固化速率、制品表面色泽均匀无流痕。

某风电叶片用环氧拉挤板材生产线，采用双酚A型环氧树脂（E-51）与甲基四氢苯酐固化剂体系，纤维为E-glass无捻粗纱（线密度4800 tex），拉挤速度0.3-0.5 m/min，模具温度区分为120℃/150℃/170℃三段。采用蒂森SEP系列环氧色浆，添加量2.0 wt%，颜料为酞菁蓝（PB15:3）。生产结果显示：色浆在树脂混合罐中搅拌5 min即可达到均匀分散，制品表面色差ΔE≤1.5（GB/T 1766），巴氏硬度≥45（GB/T 3854），弯曲强度≥650 MPa（GB/T 1449），色浆对环氧固化放热峰温度影响≤3℃。

关键工艺参数对比见下表：

图2 FRP拉挤型材生产车间，色浆在连续拉挤工艺中需保持与树脂的快速混合和热稳定性

四、应用案例二：CFRTP热塑性复合材料用聚酰胺色浆

碳纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）以热塑性树脂（PA6、PP、PEEK等）为基体，具有可回收、韧性好、成型周期短等优势，在汽车结构件和航空航天次承力件中应用增长迅速。色浆在CFRTP中需承受加工高温（PA6加工温度240-280℃）和高剪切，同时保持与热塑性树脂的相容性。

某汽车CFRTP结构件项目，采用PA6基体（相对粘度2.4），碳纤维为T700级12K丝束，预浸带宽度600 mm，成型工艺为热压成型（温度260℃，压力1.5 MPa，保压5 min）。采用蒂森PUE系列聚醚载体色浆（经热稳定性改性），添加量1.5 wt%，颜料为炭黑（PBk7）。预浸带制备过程中，色浆与PA6在双螺杆挤出机中熔融共混（螺杆转速300 rpm，温度区230/250/260/250℃），然后浸渍碳纤维。结果显示：预浸带表面炭黑分散均匀，无可见颗粒（细度≤10 μm，GB/T 1724），成型后制品表面光泽度≥85 GU（60°，GB/T 9754），拉伸强度≥1600 MPa（ASTM D3039），层间剪切强度≥55 MPa（ASTM D2344）。

图3 CFRTP碳纤维热塑性预浸带生产线，色浆需在高温熔融共混中保持分散稳定性

五、应用案例三：PEEK高性能复合材料用耐高温色浆

聚醚醚酮（PEEK）是高性能热塑性树脂，连续使用温度250℃，在航空航天和医疗植入物领域应用广泛。PEEK加工温度高达380-400℃，对色浆的热稳定性和颜料耐温性提出了极高要求。普通有机颜料在350℃以上会发生分解或晶型转变，必须选用无机颜料或耐高温有机颜料。

某航空PEEK/CF复合材料项目，采用PEEK基体（熔体粘度0.45 kPa·s at 400℃），碳纤维为T800级，预浸带工艺为粉末浸渍法，成型温度390℃，压力3 MPa，冷却速率5℃/min。采用蒂森定制耐高温色浆（无机颜料体系，氧化铁红PR101），添加量1.0 wt%。色浆在PEEK粉末中通过高速混合机预混（转速1500 rpm，时间3 min），然后通过流化床浸渍碳纤维。结果显示：预浸带中颜料分散均匀，成型后制品在300℃热老化1000 h后色差ΔE≤2.0（GB/T 1766），弯曲强度≥1800 MPa（ASTM D790），弯曲模量≥120 GPa。

ACS Omega（2026）报道的近红外反射CrAl₂O₄基聚合物微胶囊研究（DOI: 10.1021/acsomega.6c02354）为高性能复合材料的热管理着色提供了新思路：这类颜料在反射近红外辐射的同时保持鲜艳色彩，可降低PEEK复合材料在户外使用中的表面温升15-20℃，对延长制品寿命具有实际意义。

图4 PEEK碳纤维预浸带生产线，色浆需承受380-400℃加工温度并保持颜料稳定性

六、关键选型参数与使用建议

复合材料用色浆选型需综合考虑树脂体系、成型工艺、使用环境和性能要求。下表汇总了三大典型复合材料体系的色浆选型关键参数对比：

使用建议：（1）色浆使用前应充分搅拌均匀，长期储存后需检测细度和沉降率（GB/T 6753.3，沉降率≤5%为合格）；（2）首次使用应进行小试，评估色浆对树脂固化特性和制品力学性能的影响；（3）多色配色时应先确认各色浆的载体树脂相容性，避免载体冲突导致絮凝；（4）色浆添加量不宜超过5 wt%，过量会因颜料颗粒界面缺陷降低复合材料力学性能；（5）更多产品信息可访问东莞市蒂森新材料有限公司官网及应用文献栏目。

七、结论

色浆在复合材料中的分散稳定性取决于颜料表面改性、超分散剂分子设计与树脂载体适配的协同作用，软核-硬壳梯度共聚物封装（ACS Appl. Polym. Mater. 2026）和共聚聚氨酯乳胶（RSC Adv. 2026）等前沿策略为高性能色浆开发提供了机理指导。复合材料用色浆选型必须按树脂体系和成型工艺差异化选择，重点评估热稳定性、对固化/加工行为的影响及对力学性能的干扰，蒂森SEP/PUE/UP8系列及定制耐高温色浆可覆盖从通用FRP到PEEK高性能复合材料的全谱系需求。

八、常见问题（FAQ）

Q1：色浆添加后复合材料制品表面出现色点或流痕是什么原因？

主要原因包括：色浆细度不达标（存在未分散的颜料团聚体）、色浆与树脂基体相容性差导致絮凝、混合时间不足或剪切力不够。建议检测色浆细度（GB/T 1724，应≤15 μm），延长混合时间或提高搅拌转速，必要时更换相容性更好的色浆系列。

Q2：色浆会影响环氧树脂的固化时间吗？

可能产生影响。色浆中的分散剂（尤其是胺类分散剂）可能催化环氧开环反应，缩短凝胶时间。选型时应进行固化特性对比测试（DSC或凝胶时间法，GB/T 7193.6），要求色浆添加后凝胶时间变化率≤10%，放热峰温度变化≤5℃。

Q3：PEEK复合材料为什么不能用普通有机颜料色浆？

PEEK加工温度高达380-400℃，普通有机颜料（如偶氮类、酞菁类）在350℃以上会发生热分解或晶型转变，导致变色、褪色甚至产生分解产物影响树脂性能。PEEK体系必须选用无机颜料（氧化铁、钛白、群青等）或经特殊包覆处理的耐高温有机颜料，并通过280℃/5 min热稳定性测试（GB/T 1735）。

Q4：CFRTP热塑性复合材料中色浆如何加入？

CFRTP中色浆通常采用双螺杆挤出机与热塑性树脂熔融共混制成色母粒，然后再与碳纤维复合制备预浸带；也可将色浆粉末与树脂粉末预混后通过流化床浸渍碳纤维。关键是确保色浆在加工温度下不分解，且与基体树脂熔融共混时分散均匀，建议检测熔体流动速率变化率（GB/T 3682，应≤15%）。

Q5：如何评估色浆在复合材料中的长期耐候性？

标准方法包括QUV紫外加速老化（GB/T 1865，条件UVB 313 nm，50℃光照4 h/40℃冷凝4 h循环）和氙灯老化（GB/T 16422.2），测试1000 h后色差ΔE（GB/T 1766）和光泽保持率。户外用复合材料要求QUV 1000 h后ΔE≤3.0，光泽保持率≥80%。高性能体系（如PEEK）可达到ΔE≤2.0。