碳纤维表面涂层改性研究论文

碳纤维表面处理技术：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。（广东博皓复合材料有限公司是一家复合材料行业整体解决方案服务商，致力于为客户提供更为完善的复合材料产品解决方案，更为顶尖的复合材料工艺及技术服务，更为先进的复合材料模具设计与制造。 ）

应用领域不同，白炭黑通常作为填料用，要与有机基体相容所以要除掉表面羟基，因为羟基是亲水性的，难以被有机物浸润

一、清洗将碳纤维放入装有丙酮的索氏提取器中，在温度为60~100℃的条件下使用丙酮抽提，清除碳纤维表面的上浆剂以及杂质，清洗后的碳纤维在60~80℃的鼓风干燥箱中干燥，得到清洗过的碳纤维；二、氧化（1）将步骤一得到的干燥清洗过的碳纤维置于圆底烧瓶中，加入浓酸中，60~80℃下氧化2~5h；（2）将步骤二（1）得到的氧化后的碳纤维在蒸馏水中浸泡5~10min，然后将经蒸馏水中浸泡后的碳纤维取出，弃除蒸馏水；（3）重复步骤二（2）5~10次，得到清洗后的氧化碳纤维，在60~80℃的鼓风干燥箱中烘干；三、酰氯化（1）将步骤二（3）得到的氧化碳纤维置于单口瓶中，加入SOCl2和DMF的混合溶液中，加热至70~80℃恒温反应24~48h，得到含有杂质的酰氯化的碳纤维；（2）使用减压蒸馏的方法将步骤三（1）得到含有杂质的酰氯化的碳纤维中残留的二氯亚砜除去，得到酰氯化的碳纤维，然后将得到的酰氯化的碳纤维在温度为60~100℃的鼓风干燥箱中干燥2~5h，最后将干燥的酰氯化的碳纤维放在干燥器内密封保存；四、接枝双（3‑氨基苯基）苯基氧化膦将双（3‑氨基苯基）苯基氧化膦加入装有DMF溶剂的单口瓶中，双（3‑氨基苯基）苯基氧化膦与DMF质量比为，加热至60~80℃，双（3‑氨基苯基）苯基氧化膦与DMF溶解后，将步骤三（2）得到的酰氯化的碳纤维置于单口瓶中，加热到80~120℃，反应时间为12~48h，得到接枝双（3‑氨基苯基）苯基氧化膦的碳纤维。