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粉体百科 | 碳纤维表面处理技术


来源:中国粉体网   墨玉

[导读]  碳纤维(CF)作为一种低密度、高强度、高模量比的纤维材料,具有良好的耐磨性、耐热性、尺寸稳定性和耐酸碱性,已成为一种极具发展潜力和广阔应用前景的增强材料。

中国粉体网讯  碳纤维(CF)作为一种低密度、高强度、高模量比的纤维材料,具有良好的耐磨性、耐热性、尺寸稳定性和耐酸碱性,已成为一种极具发展潜力和广阔应用前景的增强材料。


由于碳纤维表面惰性,复合材料中碳纤维和基体材料间应力载荷无法有效传递,直接影响其性能发挥,限制其规模化应用,所以要对碳纤维进行表面处理。通过表面改性技术来提高碳纤维的表面活性,强化碳纤维与基体材料之间的界面性能,改善了其与基体的粘结效果,从而提高纤维材料在工业应用中的价值。


涂层法


涂层法,是指在碳纤维表面涂覆一层聚合物、金属粒子或无机非金属及其复合物,目的是改变碳纤维的表面润湿性,增加聚合物基体和碳纤维的相容性。表面涂层处理不仅参与形成纤维/基体间的界面相,减小复合材料制造过程中纤维/基体间的热残余应力,而且可以减小应力集中,使纤维表面性能平均化。


等离子处理


等离子喷涂过程是一个高速碰撞沉积,将熔融或者半熔融状态的材料喷涂到经过预处理的基体上形成涂层的过程。等离子处理具有操作简单、工艺环保、对原丝的性能和力学强度破坏性小等优点,已成为应用较广的一种研究方法。


气相氧化法


气相氧化法是采用热空气、氧气(O2)、二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)等气体为介质对CF进行氧化处理,处理后CF比表面积和表面粗糙度增加,表面含氧官能团的种类和数量也有所增加,从而提高CF增强复合材料的综合力学性能。


液相氧化法


液相氧化法是以浓硝酸、浓硫酸、过氧化氢等氧化剂与CF长时间接触,在纤维表面形成羧基、羟基等基团,增强与树脂的结合力。


电化学氧化法


电化学氧化是利用CF的导电性能,以CF为阳极,石墨、铜板或镍板等为阴极,在直流电场的作用下,以不同的酸碱盐的溶液作为电解液,对CF进行表面处理的方法。表面电化学氧化处理的作用为逐层氧化刻蚀与官能团变化的复合作用过程。


表面接枝法


表面接枝法是将碳纤维置于活性单体氛围中,在引发剂作用下,单体与纤维上的活性基团或边缘碳原子进行化合反应。


能量束处理法


利用能量束扫描过程中材料自身的组织结构变化或引入其他材料实现表面性能的改善。纤维在能量束的照射下会使表面粗化,改善与基体的粘附力。


稀土处理法


由于稀土元素的化学活性再根据化学键理论,稀土元素可与碳纤维表面的C、O和N原子发生配位化学反应和化学配位键合,稀土元素中具有大量电荷,在表面处理碳纤维时,能够吸引碳纤维碳碳键中的电子,导致碳碳键的电子元偏移,从而更容易将官能团引入碳纤维表面。


碳纤维改性技术的关键在于提高碳纤维与基体的结合程度,提高复合材料的性能。而随着环境问题的日益突出,今后碳纤维表面处理技术的低成本化、绿色化和连续生产化将是重点研究方向。


参考来源:

赵雪妮.碳纤维表面处理及熔盐电镀Al涂层的研究

高模量碳纤维表面处理技术研究取得新进展

李刚.碳纤维表面改性技术研究进展

杜帅.碳纤维表面改性研究进展

周雪松.碳纤维表面处理技术研究进展


(中国粉体网编辑整理/墨玉)

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