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碳纤维表面处理的方法

   日期:2020-08-05     来源:《纤维复合材料》    浏览:843    
核心提示:碳纤维具有高比强度、高比模量、耐疲劳、耐腐蚀等优异性能,广泛应用于航空航天、军事工业、体育运动器材等领域。碳纤维增强聚合
碳纤维具有高比强度、高比模量、耐疲劳、耐腐蚀等优异性能,广泛应用于航空航天、军事工业、体育运动器材等领域。碳纤维增强聚合物基复合材料的力学性能在很大程度上取决于碳纤维与基体之间的界面性能,而碳纤维表面光滑、惰性大、具有化学活性的官能团少,导致碳纤维与基体树脂之间的界面黏结性较弱,界面相往往成为复合材料的薄弱环节。碳纤维复合材料的界面微观结构与界面性能密切相关。碳纤维的表面极性归根到底在于碳纤维的表面形貌和化学官能团的种类,碳纤维表面无论是活性基团的增加还是粗糙度的增加都有利于碳纤维表面能的增加。碳纤维表面物理性能主要包括表面形貌、表面沟槽大小及分布、表面粗糙度、表面自由能等。从表面形态上看,碳纤维的表面有很多孔隙、凹槽、杂质及结晶,这些对复合材料的黏结性能有很大影响。碳纤维表面的化学反应活性与其活性基团的浓度密切相关,而这些活性基团主要为羟基、羧基和环氧基团等含氧官能团。碳纤维表面的官能基团数量取决于表面电化学处理方法和纤维碳化的程度或温度,比如酸处理会赋予纤维与碱处理不同的官能基,而对于相同处理条件,碳化温度越高,官能基越少。低模量碳纤维因其较低碳化程度一般有较多的官能基,在制备环氧基复合材料时会与环氧基团有-定的反应,而高模量碳纤维体系这种反应可以忽略,纤维和树脂间主要是弱相互作用。众多研究表明,通过碳纤维表面改性调控复合材料的界面微观结构能有效改善复合材料的界面性能,这也是碳纤维复台材料领域的研究热点之一。
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碳纤维的表面处理方法很多(见图2-21 ),可以分为表面化学反应和涂覆处理。表面化学反应又分为氧化处理和非氧化处理。氧化处理又分为低温或高温气相氧化、用化学或电化学方法进行的液相氧化和阳极氧化法。非氧化处理是在碳纤维表面沉积更活泼的碳和其他物质,如晶须法、聚合物接枝法等。
 
 
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