碳纤维表面改性
碳纤维表面处理方法的探讨
碳纤维表面处理方法的探讨1 引言碳纤维在混凝土中的分散状态是碳纤维混凝土制备和应用过程中的关键问题，对其导电性能、电一力和力一电等效应具有重要的影响。
国内外学者对碳纤维的分散开展了大量研究工作，美國纽约州立大学布法罗分校的D.D.L.Chung最早采用甲基纤维素（MC）作为分散剂对纤维分散进行改善。
此外，她还提出对碳纤维进行表面改性的两种方法：一种是将碳纤维浸泡在强氧化剂溶液中或在臭氧中处理[1]，在其表面形成具有亲水性的含氧官能团；另一种方法是将碳纤维浸泡在硅烷偶联剂溶液中，在纤维表面形成硅烷涂层而提高亲水性。
孙辉、孙明清等发现在水泥浆体中掺加羧甲基纤维素钠（CMC）和硅灰能显著改善碳纤维的分散性。
王闯等[2]使用甲基纤维素（MC）、羧甲基纤维素钠（CMC）、羟乙基纤维素（HEC）3种常用分散剂后发现分散剂对短碳纤维的分散效果为HEC>CMC>MC。
2 常用表面处理方法2.1 阳极氧化法阳极氧化法，又称为电化学氧化表面处理，是以碳纤维作为电解池的阳极，石墨作为阴极，在电解水的过程中利用阳极生产的“氧”，氧化碳纤维表面的碳及其含氧官能团，将其先氧化成羟基，之后逐步氧化成酮基、羧基和二氧化碳的过程。
阳极氧化法对碳纤维的处理效果不仅与电解质的种类密切相关，并且增加电流密度与延长氧化时间是等效的。
该表面处理方法可以通过改变反应温度、电解质浓度、处理时间和电流密度等条件进行控制。
通过此方法处理后，使碳纤维表面引入各种功能基团而改善纤维的浸润和黏接等特性，显著增加碳纤维增强复合材料的力学性能。
庄毅等[3]采用碳酸氢铵为电解质，对PAN基碳纤维进行阳极氧化处理后，测试发现复合材料的层间剪切断裂转变为张力断裂，使其ILSS提高了49%。
阳极氧化法的特点是氧化反应缓和，易于控制，处理效果显著，可对氧化程度进行精确控制，目前已得到广泛应用，是目前最具有实用价值的方法之一。
但是处理后残留电解质的洗净和干燥十分繁琐，需要连续的电化学处理设备，对处理后的碳纤维进行充分的水洗、烘干，会增加处理成本。
改性碳纤维水泥基材料的界面研究
摘
要
采用 ２ 种 不同的方法对碳纤维表面进行改性 ， 利 用扫描 电镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ） 对改性前后 的碳 纤维表 面进行分析 ， 并４ ｇ ￣－ ａ ＂ 改性方法对碳纤
维水泥基复合材料强度及碳 纤维与水泥基体界面粘合的影 响。结果表明， 碳纤维经浓硝 酸超声处理 ２ ｈ 后， 比表面积增 大， 与水泥基体相容性好 ， 界
ｓ ｒｅ ｔ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆｃ ｒｂｏ ａ ｎ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ／ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ｉ ｎｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｂｙ ９ ． １ ％ ａ ｎ ｄ １ ０． ２ ％． ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ．
（ Ｓ Ｅ Ｍ） ． Ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｆｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ － ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｅ ｅ ｄ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍａ ｔ ｒ ｉ ｘ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｂ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｂ ｅ ｗｅ ｔ ｅ ｎ ｃ ｒｂ ａ ｏ ｎ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ
水泥具有强度高、 价格低等优点， 却是典型 的脆 性材料。随着现代社会的高速发展， 其低韧性 已不能 满足某些特殊场合对材料性能的要求， 纤维增强水泥 基复合材料飞速发展。碳纤维是一种高强纤维， 具有 高比强度、 高比模量、 耐高温、 耐腐蚀、 导 电和热膨胀系 数小等优异性能 ， 是较理想的建筑材料增强纤维 口 。
Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ Ｓ ｔ ｕｄ ｙ ｏ ｎ Ｃｅ ｍｅ ｎ ｔ Ｍ ａ ｔ ｒ ｉ ｘ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｗｉ ｔ ｈ Ｍｏ ｄ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ Ｃａ ｒ ｂｏ ｎ‘ Ｆｉ ｂ ｅ ｒ
碳纤维表面处理与改性
碳纤维表面处理与改性碳纤维很少单独使用，主要用作复合材料的增强体，其力学性能优势通过复合材料发挥出来。
但复合材料的性能不仅取决于碳纤维本身，更取决于碳纤维与基体之间的界面。
良好的界面结合才能将载荷有效传递给碳纤维，从而充分发挥碳纤维的高强度、高模量特性。
反之，如果碳纤维与基体之间的界面性能较差，应力无法在界面有效传递，则碳纤维的力学性能优势难以发挥出来，将导致复合材料的性能下降。
碳纤维经过高温炭化处理后，大部分非碳元素被脱除，纤维表面呈现较高的惰性，导致在制造复合材料时基体对碳纤维的浸润性变差。
通过对碳纤维进行表面改性，可以改善其表面活性以及与基体的浸润性，增强纤维与基体之间的相互作用，从而有利于复合材料力学性能的提高。
因此，表面处理工艺是碳纤维制备过程中的重要环节之一。
碳纤维的表面改性处理方法有很多，如气相氧化法（包括空气氧化、臭氧氧化）、等离子体处理、液相氧化法（包括酸液氧化、阳极氧化)、表面涂层法、表面接枝法等。
每种处理方法都有自己的优缺点，如气相氧化法流程短，碳纤维经过气相氧化处理后可直接上浆，不需要配套水洗和干燥设备，但是其氧化程度不易控制。
而阳极氧化法具有氧化程度易于控制、氧化过程缓和、氧化效果显著等特点，但该方法需要配套水洗和干燥设备，流程较长。
阳极氧化法的最大优点是处理时间短，能够满足连续生产的要求，因而成为目前国内外碳纤维生产线在线配套的主要方法。
此外，近几年表面涂层法和表面接枝法也发展迅速，特别是基于纳米材料和高分子材料的碳纤维表面改性方法研究较多，在实验室取得了良好的效果，有望成为新一代在线配套的表面处理方法。
1、阳极氧化法阳极氧化法通常是在电解质溶液中以碳纤维为阳极、石墨板为阴极对碳纤维表面进行电化学处理。
电解质溶液种类较多,主要可以分为酸性、碱性及中性三种。
酸性电解质主要为无机含氧酸,如硫酸、硝酸、磷酸、硼酸等;碱性电解质有氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化钙、氢氧化镁磷酸钾、磷酸钠等;中性电解质主要有硝酸钾、硝酸钠以及碳酸氢铵、碳酸铵、磷酸铵等铵盐类电解质。
碳纤维表面处理及其复合材料性能研究
2020年01月碳纤维表面处理及其复合材料性能研究张安花（厦门新凯复材科技有限公司，福建厦门361021）摘要：碳纤维具有耐高温、导电、导热、耐腐蚀等性能，可制作成各种复合材料产品，应用于不同领域中。
为提升航空复合材料强度，研究使用浓硝酸、浓硝酸超声处理碳纤维表面，经处理会影响碳纤维表面的微结构、表面化学组成，达到增强复合材料性能效果。
关键词：碳纤维；表面处理；复合材料性能碳纤维主要和树脂等材料复合，具有增强作用，可制造出更先进的复合材料。
但因类石墨结构其表面存在一定化学惰性，很难浸润树脂及化学反应，表面难与树脂结合，进而影响复合材料强度。
故需改变碳纤维表面性质，以增加碳纤维表面的极性官能团及表面活化，进而更容易浸润和发生化学反应，使复合材料界面更紧密连接而增加强度。
通常采用偶联剂涂层法、氧化法、等离子等处理方法.在航空领域因耐燃效果需求高使用酚醛树脂，而市面上的碳纤维较少有偶联剂涂层适用酚醛树脂，本文研究液相氧化法与超声协同处理碳纤维表面，达到增加酚醛树脂碳纤维复合材料强度。
1实验方法1.1碳纤维表面处理方法（1）碳纤维表面的上浆剂脱除选用PAN 基碳纤维，型号为Toray T700，使用乙醇/丙酮进行回流处理，其体积比为1:1，处理时间为48h ，将碳纤维表面的上浆剂(即偶合剂)脱除（2）脱浆后碳纤维再进行表面处理处理方法有两种:第一，在浓硝酸中浸泡，温度为60℃，处理时间为2h ；第二，浓硝酸超声处理2h ，浓度为65%，250E II 型超声波，功率和频率分别为250W 和40kHz 。
所有处理工作的结束后，去离子水清洗碳纤维，使其为中性，再在真空中烘干，温度为80℃，直到碳纤维恒重量为止。
1.2复合材料制备采用碳纤维与PF475酚醛树脂制成复合材料预浸布，酚醛树脂与异丙醇制成固成份70%的树脂，使用缠绕法进行制作预浸材，制成纤维含量FAW 100g/m 2，树脂含量RC%37%，用55度将溶剂烘烤至VC%1%以下的预浸材，再将预浸材进行积层堆叠成试片，采用成型温度160度，时间50min 进行加压固化，制成2mm 厚度复材试片。
碳纤维表面改性
碳纤维表面处理改性
3 .碳纤维的表面处理 3.1 氧化处理 3.1.1 气相氧化法(图右为氧化示意图) 气相氧化使用的氧化剂有空气、氧气、臭氧等含氧 气体。氧化处理后，碳纤维表面积增大，官能基团 增多，可以提高复合材料界面的粘接强度和材料的 力学性能。如把碳纤维在４５０℃下空气中氧化１ ０min，所制备的复合材料的剪切强度和拉伸强度 都有提高；采用浓度０．５～１５ｍｇ／Ｌ的臭氧 连续导入碳纤维表面处理炉对碳纤维进行表面处理， 经处理后碳纤维复合材料的层间剪切强度可达７ ８．４～１０５．８ＭＰａ；
３．２．3聚合物涂层 碳纤维经表面处理后，再使其表面附着薄层
聚合物，这就是所谓的上浆处理。这层涂覆 层即保护了碳纤维表面，同时又提高了纤维 对基体的浸润性。
３．２．4表面生成晶须法 在碳纤维表面，通过化学气相沉积生成碳化硅、硼 化金属、二氧化钛、硼氢化合物等晶须，能明显提 高复合材料的层间剪切强度，并且晶须质量只占纤 维的０．５％ ～４％，晶须含量在３％～４％时 层间性能达到最大。生长晶须的过程包括成核过程 以及在碳纤维表面生长非常细的高强度化合物单晶 的过程。尽管晶须处理能获得很好的效果，但因费 用昂贵、难以精确处理，故工业上无法采用。
碳纤维表面改性
1121416028
一.定义 二.碳纤维表面结构 三.碳纤维的表面处理 1 氧化处理 2 表面电聚合 3 聚合物涂层 4 表面生成晶须法 5 等离子体处理 四.展望
碳纤维
定义 碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理 而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结 构类似人造石墨，是乱层石墨结构，是一 种力学性能优异的新材料 。 碳纤维增强树脂基复合材料（ＣＦＲＰ） 由于具有密度小、比强度高、比模量高、 热膨胀系数小等一系列优异特性，在航天 器结构上已得到广泛的应用。其中碳纤维 是增强体，为主要的承力结构，树脂基体 起连接纤维和传递载荷的作用。
不同方法表面改性碳纤维对复合摩擦材料性能的影响
（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｅ ａ ｓ ｔ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ２ ３ ７， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｈｕ ａ ｑ ｉ ａ ｎ ｇ Ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ， Ｈａ ｉ ｙ ａ ｎ Ｚ ｈ ｅ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ３ １ ４ ３ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
不 同方 法表 面 改性 碳 纤 维 对 复 合摩 擦材 料 性 能 的 影 响
李 张义 胡以强 陈加云 金
（ １ ．华东理工大学机械 与动 力工程学院
鑫
浙江海盐 ３ １ ４ ３ ０ ０ ）
上海 ２ ０ ０ ２ ３ ７ ；２ ．华强树脂有 限公司
摘 要 ：采用 气 相 、液 相 以及气 液 相 相 结合 的方 法 对碳 纤 维 进 行 表 面 处 理 ，对碳 纤 维 的 表 面 形 貌 进 行 观 察 ；制 备 碳 纤 维 增 强硼 改 性 树 脂基 摩 擦 材料 ，研 究碳 纤 维 表 面 处 理方 法 对 复合 材 料 摩擦 磨 损 性 能 的影 响 。结 果 表 明 ：不 同碳 纤 维 表 面处 理 方法 均 增 大 了碳 纤 维 的表 面粗 糙度 ，有 利 于碳 纤 维 与 基体 的 紧密 结 合 ；对 碳纤 维进 行 ４ ５ ０ ℃ 、５ ｈ气 相 处 理 然 后 随 炉 冷 却 的表 面 处 理效 果 最 好 ，该 方 法 改性 得 到 的碳 纤 维 可 以代 替 铜 纤 维来 增 强 复合 摩 擦 材料 。 关 键 词 ：表 面 处 理 ；碳 纤 维 ；摩 擦 磨 损性 能
连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的界面改性研究
连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的界面改性研究摘要：本文研究了连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的界面改性。
通过添加表面活性剂、亲水性改性剂和硅烷化剂等改性剂对复合材料的界面进行表征，并对其力学性能、热性能和耐热老化性能进行测试。
结果表明，添加改性剂可以使复合材料界面的亲疏性得到改善，界面的结合力得到增强，同时复合材料的力学性能和热性能也得到了提高。
特别是添加硅烷化剂的复合材料在耐热老化性能上表现出了优异的表现。
关键词：碳纤维；聚醚醚酮；复合材料；界面改性；硅烷化剂1. 引言随着科技的发展，高性能复合材料在航空航天、汽车制造、体育用品等领域中得到了广泛应用。
碳纤维是一种优异的复合材料增强材料，具有优异的强度、刚度和耐久性等性能。
然而，碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的界面黏结性不强，易出现剥离和脱层等问题，因此需要进行界面改性。
2. 实验材料和方法2.1 实验材料本实验选用的复合材料为碳纤维增强聚醚醚酮复合材料。
改性剂包括表面活性剂、亲水性改性剂和硅烷化剂等。
2.2 实验方法通过扫描电镜、接触角测量等表征方法对复合材料的界面进行表征；通过万能材料试验机测试复合材料的力学性能；通过热失重分析仪测试复合材料的热性能；通过加速老化实验测试复合材料的耐热老化性能。
3. 结果与分析3.1 界面表征添加表面活性剂和亲水性改性剂后，复合材料表面的接触角明显下降，表现出更好的亲水性。
同时，添加硅烷化剂后，复合材料界面的结合力得到了明显增强。
3.2 力学性能添加改性剂后，复合材料的弯曲强度和冲击强度均有所提高。
其中，添加硅烷化剂的复合材料在弯曲强度上表现出了最大的提高。
3.3 热性能添加改性剂后，复合材料的热稳定性得到了提高。
其中，添加硅烷化剂的复合材料在热失重方面表现出了最大的提高。
3.4 耐热老化性能经过加速老化实验，添加硅烷化剂的复合材料在耐热老化性能上表现出了优异的表现。
其残余强度和弯曲强度分别为未添加改性剂样品的109%和124%。
碳纳米管在碳纤维表面的组装方法
《碳纳米管在碳纤维表面的组装方法》一、引言碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种由碳原子构成的纳米级管状材料，具有极强的韧性和导电性，因此在材料科学领域备受瞩目。
而碳纤维作为一种轻质高强度的材料，在航空航天、汽车制造和体育器材等领域有着广泛的应用。
将碳纳米管组装在碳纤维表面，不仅可以提升碳纤维的导电性能和力学性能，还可以拓展碳纳米管在材料领域的应用。
二、常见的碳纳米管组装方法1. 化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）CVD是一种常见的碳纳米管合成方法，其原理是在高温下将碳源气体分解生成碳原子，再沉积在基底表面形成碳纳米管。
在碳纤维表面组装碳纳米管时，可以先在碳纤维表面沉积金属催化剂，然后通过CVD方法在催化剂上生长碳纳米管。
这种方法不仅可以实现碳纳米管在碳纤维表面的组装，还可以控制碳纳米管的长度和密度。
2. 碳纳米管涂覆法碳纳米管涂覆法是将碳纳米管分散在溶剂中，然后通过喷涂、浸渍或涂覆的方式将碳纳米管均匀覆盖在碳纤维表面。
这种方法简单易行，且可以实现大面积的碳纳米管组装，但由于碳纳米管之间的相互作用，往往难以实现均匀的覆盖和优异的性能。
三、新型碳纳米管组装方法1. 电化学组装法电化学组装法是将碳纳米管分散在电解质溶液中，利用外加电场将碳纳米管定向沉积在碳纤维表面。
这种方法可以实现碳纳米管的定向组装，且不受碳纳米管之间相互作用的影响，因此可以获得均匀且高性能的碳纤维复合材料。
2. 等离子体处理法等离子体处理法是利用等离子体对碳纤维表面进行改性，同时将碳纳米管引入等离子体中，通过化学反应或物理吸附使碳纳米管与碳纤维表面结合。
这种方法不仅可以实现碳纳米管的高效组装，还可以改善碳纤维表面的性能，提升复合材料的综合性能。
四、碳纳米管在碳纤维表面的应用前景将碳纳米管组装在碳纤维表面，可以使普通碳纤维具备导电性和热传导性，进而拓展碳纤维在电子设备、热管理材料等领域的应用。
碳纤维的表面处理技术
碳纤维表面改性技术摘要碳纤维是一种高性能的材料，它在军事及工业等领域已得到广泛的应用，但由于表面结构的不足，而限制其在复合材料中的部分应用，因此，为了提高碳纤维复合材料的界面结合力，目前国内外的多种表面改性技术得到广泛的应用，主要包括氧化处理，表面涂层法，射线、激光辐射改性及其他处理方法等。
关键词碳纤维，表面改性，氧化处理，表面涂层1 前言碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在85%以上，它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得[1]。
碳纤维具有十分优异的力学性能，具有比强度高、比模量高等优异特性，在国民经济各个领域得到广泛应用。
是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其他主要结构材料（金属及其合金）所无法比拟的。
除了优异的力学性能外，碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。
作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。
因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。
碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响[2]。
2 碳纤维的简介碳纤维一般是用分解温度低于熔融点温度的纤维状聚合物通过千度以上固相热解而制成的，其含碳量在85％以上，在热裂解过程中排出其它元素，形成石墨晶格结构。
根据性能的不同可分为高强度、高模量碳纤维，活性碳纤维和离子交换碳纤维。
非氧化法处理碳纤维表面改性的研究进展
２ ． １ 气相沉积法 （ Ｃ Ｖ Ｄ ） 气相沉积是 利用气 态 物质在 一定 的 温度 、 压 力 条
钱春香 口 认为在对碳纤维进 行偶联 剂涂层处 理之 前， 碳纤维 的表 面含有 一定 量 的羧 基和 羟基 对碳纤 维
的力学性能有一 定 的作 用 。Ｍ． Ｈ． ｃ ｈ ０ ｉ 等【 ４ Ｊ 先对碳 纤 维进行硝酸氧化处理 ， 后进行 偶联 剂涂层 处理 ， 试 验发
须生长法 、 催化法及等离子体法 等非氧化法处理碳纤维表 面改性技术 的研究进展 ， 并 简要 阐述 了各方法的优缺点 ， 着重介绍 了等离子体处理碳纤维 ， 希望 能为改性碳纤 维提供一 些
帮助 。
关键词 ： 非氧化 法 碳纤维
１ 前 言
表面改性 合材料层间剪切度可 提高 ２ ． ７倍 。还 可 以用 羧基铁
现： 碳纤维增强复合材料 的弯 曲强度 最高 ， 且改 善了碳
纤维与树脂 之间的界 面结 合性 。刘 玉文等 先对碳 纤 维进行 阳极 预氧化 处理 ， 再 对碳 纤 维进 行硅 烷偶联 剂
涂层处理 ， 这样增加纤维表面 的羟基 数量 ， 使其表 面与
偶联剂进行共 价键合 的活 性 点增 加 提 高纤 维 与树 脂 界 面黏接 强 度 。Ｎ ｏ ｉ ｆ ｏ １ ｗ ａ ｓ ｈ ｉ ｔ ａ等 用 正 己 烷 配 置 的
和酚醛等热解后 的沉 积 物来 提高 界面性 能 ｊ 。此 外 ，
将金属 卤化物（ 如Ｚ ｒ Ｃ １ ４ 、 Ｔ ｉ Ｃ １ 、 Ｂ Ｃ Ｉ ３ 等） 置于氢气 中 ， 在 １ ０ ０ ０ ℃ 以上 高温气化 ， 再沉积 于碳纤维表 面 ， 可使碳 纤 维的耐高温氧化性 能大 幅度 改善 ， 且 处 理后 碳纤维 的 力学性能基本不变。碳纤维 及制 品表面 涂覆有钾 或钠 的氧化物 ， 再涂 以有机碳酸醋 ， 于８ ０ ０ ℃下热解 ， 可得到 二氧化 碳薄层 ， 或者与 ８ ０ ０—１ ０ ０ ０ ℃ 中气化 的有 机碳 酸 酯接触 ， 也可生成二氧化碳膜 ， 这样 可 以明显改善纤 维 的耐高温氧化性 能。
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采用溶液聚合的方法，CF+溶剂+单体+引发剂
选择的接枝单体有： 一、胺类 1、苯胺 OCF+苯胺+盐酸 2、1，6-己二胺 引发剂过硫酸胺
表面接枝有聚合物的CF
表面包覆有聚苯胺的短碳纤维
利用氯化亚砜将碳纤维氧化处理产生的羧基转化为酰氯，进一步与1，6己二胺发生亲核取代反应，在碳纤维表面上接枝胺基。 3、对胺基苯甲酸
粘胶基
沥青基 木质素纤维基
高模量CF
超高强CF
其他有机纤维 基
高性能CF
超高模CF
高强－高模CF
中强－中模CF 等
三、碳纤维的制备：
粘胶基具有环状分子结构，所以可以直接进行碳化或石墨化处理
四、碳纤维的性能及用途：
炭纤维具有很多优良的性能：强度高、模量高、密度小，耐高温、耐低温性 能好，耐酸性能好，热膨胀系数小，导热系数大、导电性能好，防原子辐射、 能使中子减速，生物相容性好等。 此外, 炭纤维兼备纺织纤维的柔软可加工性，易于复合、设计自由度大，可进 行多种设计，以满足不同产品的性能与要求 。 碳纤维很少直接使用，大多是经过深加工制成中间产物或复合材料。应用碳纤维 后可以大大提高产品强度、减轻结构质量、延长使用寿命和增加安全可靠性，因 此，从国防军工到民用工业，包括航空航天、清洁能源、土木建筑、交通运输等 领域，碳纤维复合材料都获得进一步的应用。做复合材料时基体可以是树脂、陶 瓷、橡胶、金属等。
2、皮芯层结构
CF由皮层、芯层及中间过渡区组成。 皮层：微晶较大，排列有序。 芯层：微晶减小，排列紊乱，结构不均匀。
碳纤维材料的产品有四种形式：丝腈基 按原 丝类 型分 类
通用级CF：拉伸强度<1.4GPa， 拉伸模量<140GPa 高强度CF 按碳纤维 性能分类
NH2，—OH等
碳纤维/尼龙12复合材料的制备-吴琼
工艺路线如下：
硝酸氧化处理 碳纤维 OCF 化学接枝 改性碳纤维
＋ 成型 制品，性能测试 复合材料 混合 尼龙12
硝酸氧化：
使CF表面发生刻蚀，形成微孔或刻蚀沟槽；同时引入官能团如羧基和羟基。
化学接枝：在碳纤维表面接枝共聚上与尼龙12化学结构相同或类似的聚合物链，改 善碳纤维与尼龙12的相容性
二、马来酸酐 BPO（过氧化二苯甲酰） OCF+马来酸酐+二甲苯 三、己内酰胺 OCF 表面酰氯化或异氰酸酯化 +己内酰胺+引发剂 尼龙6接枝CF 马来酸酐接枝CF
四、碳纳米管或氧化石墨烯 将具有大量胺基活性基团的聚酰胺一胺树状分子(PAMAM)接枝到硝酸氧 化处理后的CF表面，得到PAMAM修饰的CF，然后利用酰化反应在CF表面 接枝多壁碳纳米管或者氧化石墨烯 选择合适的单体，系统研究实验条件对接枝效果的影响，以及单体的
碳纤维组
（碳纤维表面的化学改性）
CF是有机纤维在惰性气氛中经高温碳化而成的纤维状碳化合物。
一、碳纤维的结构
1、结构单元
碳纤维：乱层石墨结构 最基本的结构单元：石墨片层（a）
二级结构单元：微原纤(由石墨片
层堆砌而成) (b) 三级结构单元：原纤（由数个或
数十个微原纤组成）。(c、d、e)
最后由原纤相互堆叠、缠结而构 成石墨的网状平面结构且沿纤维 轴向排列，组成一根宏观的碳纤 维单丝。
聚合机理，期望在碳纤维表面接枝聚合物后，CF与尼龙12的复合材料
有较好的力学性能。
五、碳纤维的表面处理：
未经表面处理的CF活性表 面积小，边缘活性炭原子数 目也少，因而表面能低，接 触角大，表面呈现出憎液性， 致使其与基体结合不良。 CF表面处理的途径： 1、清除表面杂质； 2、在纤维表面形成微孔或刻
蚀沟槽，增加表面能；
3、引进具有极性或反应性官 能团，并能与树脂起作用 的中间层，如—COOH，—