常用的碳纤维表面改性方法有哪些?

  依据对碳纤维表面改性处理介质的不同,可将所采用的表面改性方法分为氧化法和非氧化法两大类。目前常用的改性方法有液相氧化法.阳极氧化法和表面涂层改性法等。

  1.液相氧化法

  液相氧化法 是用液相处理介质对碳纤维表面进行改性的方法,采用的液相介质包括浓硝酸、混合酸等。利用液相氧化法对碳纤维进行表面改性处理,具有反应过程可控制,操作简单,对碳纤维本身强度损伤不人等优点。实践中,液相氧化的处理时间和温度会对处理效果产生显著影响。

  2.阳极氧化法

  阳极氧化法又称作电化学表面处理法,是把碳纤维作为电解池的阳极、石墨作为阴极,在电解的过程中利用阳极生成氧,氧化碳纤维表面的碳及其含氧官能团,将其先氧化成羟基,之斤逐步氧化成酮基、发基和CO2的过程。阳极氧化法常用的电解质是胶类化合物。此种方法的处理效果不仅与电解质的种类密切相关,还受到电流密度与氧化时间的影响。

  3.表面涂层改性法

  表面涂层改性法是将某种聚合物涂覆在碳纤维的表面,改变碳纤维与复合材料界面层的结构与性能,使界面极性等相适应以提高界面粘接强度,同时提供一个可消除界面内应力的可塑界面层。

  4.碳纤维表面改性处理

  由于液相氧化法具有操作简单、处理效果好和实验过程可控制等优点,该研究采用液相氧化法对碳纤维进行表面改性处理,处理介质采用浓度为68%浓硝酸。

  研究人员用浓硝酸作为氧化剂对碳纤维进行表面改性处理,研究中发现碳纤维表面的羧基等基团随氧化温度的升高和时间的延长而增多,但当温度超过100℃且氧化时间超过2h时,虽然含氧基团迅速增多,但过度氧化导致了碳纤维强度降低,反而会使复合材料的性能下降。据此,该研究拟用浓硝酸对碳纤维煮沸处理2h。

  经过硝酸改性处理的碳纤维表面附着着大量的浓硝酸,其存在不利于碳纤维与基体材料的粘合,因此在改性处理完成后,还需要对碳纤维进行清洗等后处理,使碳纤维的表面pH为中性。

  由20000倍扫描电镜图像可以看出,处理后的碳纤维表面出现许多沿碳纤维轴向平行排列的沟槽。这些沟槽较浅且深度比较均匀,其增加了碳纤维的比表面积,提高了碳纤维与基体材料的结合能力。

  碳纤维经过表面改性处理后,表面出现许多沿碳纤维轴向平行排列的沟槽。这些沟槽较浅且深度比较均匀,其增加了碳纤维的比表面积,提高了碳纤维与基体材料的结合能力。经过改性后,碳纤维表面的颗粒变小或者消失,微观表面趋向细腻光滑。