碳纖維表面處理方法的原理

　　碳纖維雖然具有比強(qiáng)度高、比模量高、耐腐蝕、耐高溫、抗疲勞、易導(dǎo)電等等優(yōu)良性能，在 、軍事、工業(yè)等得到廣泛應(yīng)用，但是表面沒有經(jīng)過處理的碳纖維惰性比較大，由于缺乏具有化學(xué)活性的官能團(tuán)，與基體的黏結(jié)性差，界面中存在較多的缺陷，從而影響了碳纖維的性能。下面我們就來具體了解下碳纖維表面處理的方法。

 
　　碳纖維表面處理的目的主要是為了防止弱界面層的生產(chǎn)，并且產(chǎn)生適合粘結(jié)的表面形態(tài)，改善樹脂和增強(qiáng)材料的親和力。碳纖維表面處理的方法一般分為氧化處理和非氧化處理，氧化處理的原理是引入極性基團(tuán)并消除弱性界面，非氧化處理的原理是沉積更活潑的碳和其他物質(zhì)。
 
　　一、氧化法
 
　　·氣相氧化法：氣相氧化是利用氧化性氣體來氧化纖維表面，從而引入極性基團(tuán)，并給與適宜的粗糙度來提高復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度。
 
　　·液相氧化法：液相氧化法主要是將碳纖維浸入到某種氧化性溶液中，通過氧化劑來氧化刻蝕碳纖維表面。使碳纖維表面所含的各種含癢極性基團(tuán)和溝壑增多，有利于提高碳纖維和樹脂之間界面的結(jié)合力。
 
　　·氣液雙效氧化法：氣液雙效氧化法是指先用液相涂層，后用氣相氧化，使碳纖維的自身抗拉強(qiáng)度及其復(fù)合材料的層間剪切度均得到提高。
 
　　·電化學(xué)氧化法：電化學(xué)氧化法就是指的陽極電解氧化法。由于增加了大量的含癢官能團(tuán)和含氮官能團(tuán)，提高了碳纖維和環(huán)氧樹脂的浸潤性和反應(yīng)性，有利于改善碳纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能。
 
　　二、非氧化法
 
　　·氣相沉積法：氣相沉積法是在碳纖維和樹脂的界面引入活性炭的塑性界面區(qū)來松弛應(yīng)力，從而提高了復(fù)合材料的界面性能。
 
　　·電聚合法：電聚合法是在電場力的作用下使含有活性基團(tuán)的單位在碳纖維的表面聚合成膜，以改善其表面形態(tài)和組成。
 
　　·偶聯(lián)劑涂層法：偶聯(lián)劑涂層法所采用的偶聯(lián)劑為雙性分子，它的官能團(tuán)分別與碳纖維表面和樹脂反應(yīng)生成化學(xué)鍵，起到了化學(xué)媒介的作用，將二者牢固的連在一起，從而提高了界面的強(qiáng)度。
 
　　·聚合物涂層法：碳纖維表面涂覆聚鋁氧烷，經(jīng)過高溫?zé)崽幚砗螅�碳纖維表面生成氧化鋁涂層，使其抗氧化性能得到提高，可與金屬復(fù)合制取碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。
 
　　·晶須生長法：生產(chǎn)晶須的過程包括成核過程以及在碳纖維表面生長非常細(xì)的高強(qiáng)度化合物單晶的過程。
 
　　·等離子體法：等離子體法主要是通過等離子體撞擊碳纖維表面，從而刻蝕碳纖維表層，使其表面的粗糙度增加，表面積也相應(yīng)增加。
 
　　上面所說的各個(gè)碳纖維表面的處理方法，是根據(jù)不同的原理進(jìn)行操作的，各有各的特點(diǎn)。非氧化法中，氣相沉積法，晶須氧化法，等離子法等方法，國內(nèi)外仍舊停留在實(shí)驗(yàn)階段，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)還有待進(jìn)一步研究；偶聯(lián)劑涂層法，聚合物涂層法雖然也能起到一定的提高強(qiáng)度的效果，但是效果不明顯；電聚合法工序復(fù)雜，操作起來比較繁瑣。氧化法中，液相氧化僅適于間歇操作，不適用于長時(shí)間的處理；氣相氧化法反應(yīng)時(shí)間根據(jù)碳纖維的種類和所需氧化程度而定；氣液雙效氧化法的條件不易控制。相對來說電化學(xué)氧化法，不僅大幅提高碳纖維的表面浸潤性能和反應(yīng)性，而且處理?xiàng)l件溫和而易于控制，碳纖維的表面處理也很均勻，比較適合應(yīng)用于生產(chǎn)線上，所以應(yīng)用前景還是比較樂觀的。