碳纤维表面处理的研究进展

提高 其 使 用 性 能 是 一个 重要 的保 证 措 施 ．针 对其 不 同 的使 用 要 求 ，应采 用 不 同的 表 面 处 理方 法 。
关键 词 ：碳 纤 维 ；碳纤 维增 强 复 合 材 料 ；表 面 处 理
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｑ ３ ４ ２ ． ７ ４
文献 标 志 码 ：Ａ
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 【 ４ ＿ 。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 。
１ ． ２ 液 相 氧 化 法
等 离 子 体 是 具 有 足 够 数 量 ．而 且 电荷 数 近 似 相 等 的 正 负 带 电粒 子 ຫໍສະໝຸດ Baidu 物 质 聚 集 态 。用 等 离 子 体 氧 化 法 对纤 维表 面 进 行 改 性 处 理 ．通 常 指 利 用 非 聚 合 性气 体 （ 可 以 是 活 性 气 体 ，也 可 是 惰 性 气 体 ）对 材料 表 面 进 行 物 理 和 化 学 作 用 的
第４ ２卷 第 ３期
２ ０１ ３年 ９月
化 纤 与 纺 织 技 术
Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｆ ｉ ｂ ｅ ｒ＆ Ｔ ｅ ｘ ｔ ｉ ｌ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ４２ Ｎｏ．３
Ｓ ｅ ｐ ．２ ０ １ ３
文 章 编 号 ：１ ６ ７ ２—５ ０ ０ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ）０ ３ —０ ０ ２ ２—０ ４
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３—０ ５—０ ６
显 著 增 加 碳 纤 维 增 强 复合 材 料 的 力 学 性 能 。庄
毅 等 采用 碳 酸氢 铵为 电解 质 ．对 Ｐ ＡＮ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 Ｉ Ｌ Ｓ Ｓ提 高
作者简介 ： 李艳 （ １ ９ ８ ４一） ， 女， 河 南 永城 人 ， 硕士 ， 从 事 碳 纤 维分 析 测 试 工 作 。
第 ３期
李 艳 等 ：碳 纤 维 表 面处 理 的研 究 进 展
２ ３
ｉ ４ ９ ％
成极 大 的损伤 。 １ ． ４ 等 离子 体 氧化法
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 。
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２—５ ０ ０ ｘ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ ０ ７
碳 纤维是 近代发 展起来 的一种 增强材料 ，
具 有 高 强 度 、高模 量 、低 密度 、耐 高 温 、耐 腐 蚀 、导 电 、导 热 、膨 胀 系 数 小 、减 震 等 优 异 性 能 … ，因此 ，碳纤维 增强复合材料 （ Ｃ Ｆ Ｒ Ｐ ）具 有 其 他 复 合 材 料 无 法 比拟 的优 良性 能 ．被 广 泛 应 用 于军 事 及 民用 工业 的各 个 领 域 。Ｃ Ｆ Ｒ Ｐ的主 要 性 能 取 决 于 基 体 材 料 的 性 能 及 纤 维 与 基 体 材 料 的黏 结 程 度 等 。碳 纤 维 由于 在 高 温 惰 性 气 体 中 碳 化 处 理 ，随 着 非 碳 元 素 的 逸 走 和 碳 元 素 的富 集 ，使 其 表 面 活 性 降 低 ．表 面 张 力 下 降 ．与 基 体 树脂 的浸润性 变 差 。此 外 ，为提高碳纤 维 的拉
伸 强度 ，并尽 可能减少 表面缺 陷 ，因此 其 比表 面
料整体 力 学性能 的最 终 目的 。
１ 常 用 表 面 处 理 方 法
１ ． 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
层 间 剪切 强 度 降低 ，不 能 达 到设 计使 用 的要 求 。
为使 碳 纤 维 表 面 由憎 液 性 变 为 亲 液 性 ．需 对 其
表 面 进 行 处 理 ，提 高 层 间 剪 切 强 度 ． 以满 足 设 计 要求 。 目前 常 用 的表 面 处 理 方 法 ，都 是 在 其 表 面发 生一 系列 物 理 化 学 反 应 ，增 加 其 表 面 形 貌 的 复 杂性 和极 性 集 团 的含 量 ，从 而 提 高 碳 纤 维 与基 体 树 脂 的界 面 性 能 ，实 现 提 高 复 合 材
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 ，
积 较 小 ，一 般 不 超 过 １ ｍ２ ／ ｇ 。这 样 平 滑 的 表 面 与基 体 树 脂 的锚 定 效 应 较 差 ，导 致 复 合 材 料 的
碳纤维表面处理的研 究进展
李 艳， 徐卫平， 张兴 龙
（ 河 南永煤碳 纤 维有 限公 司 ， 河 南 商丘 ４ ７ ６ ０ ０ ０ ）
摘 要 ：主 要 综 述 了碳 纤 维 表 面 处 理 常 用 的方 法 及 表 面 处 理 效 果 常 用 的表 征 方 法 。碳 纤 维 表 面 处 理 对