碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳.抗蠕变.导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能，广泛应用于航空航天构件和体育用品中。表面能低，接触角大，呈现憎液性；活性碳原子数目也较少，表面极性基团含量少，导致碳纤维与基体的粘结强度较差，复合材料层间剪切强度低。因此，有必要对碳纤维进行处理，清除其表面杂质，形成微孔和刻蚀沟槽，使其从类石墨层面改性成为石墨状结构以增强表面性能。国内外对碳纤维表面改性研究使用较多的处理方法有氧化处理表面涂覆处理、等离子体处理及其他处理方法等，其中氧化处理是最常用的表面处理方法。本文综述了碳纤维几种主要的表面氧化处理方法及其对CFRP界面性能的影响。

　　1.气相氧化法

　　气相氧化法是将碳纤维在空气、02、O及CO2等氧化性气体中进行表面氧化。经过表面氧化处理后，纤维表面杂质被除去，比表面积增大，极性基团增多，复合材料界面强度和力学性能得到提高。气相氧化对碳纤维力学性能的影响有许多解释，并已证明它依赖于进行氧化的实验条件。气相氧化后碳纤维的表面形貌和化学基团均发生变化，对于两者在提高复合材料力学性能方面的作用，不同研究者的观点不同。研究人员发现气相氧化后碳纤维的表面粗糙度增加，纤维与树脂间界面粘结性得到改善，复合材料的ILSS显著提高，损耗模量降低。

　　气相氧化法设备简单，反应时间短.易于实现工业化，但是反应难控制，重复性差，而且对纤维拉伸强度(TS)的损伤比液相氧化大。过度氧化处理会刻蚀纤维内部结构，使其损伤，导致性能下降。

　　2.液相氧化法

　　液相氧化法使用的氧化剂有HNO3、 酸性KgCr2O7、NaCIO、H2O2和K2S2O8等。液相氧化法对改善CFRP的ILSS很有效，HClO4、FCI3、有机异氰酸盐、NaCI04、HNO3，等溶液处理都能改善碳纤维的表面性能，提高复合材料的ILSS.用可溶性氯酸盐和NaNO3. H2SO4，KMnO4，的混合液处理碳纤维，能够在表面形成-COOH和-OH等极性基团从而提高界面性能； HNO，是液相氧化中研究较多的一种氧化剂，HNO3处理碳纤维能够使其表面产生COOH、-OH和酸性基团，这些基团的数量随氧化时间的延长和温度的升高而增多；纤维表面沟槽明显增多有利于提高纤维与基体间的结合力。

　　3.电化学氧化法

　　电化学氧化法也叫作阳极氧化法，这种处理方法是在电解质溶液中利用碳纤维的导电性作阳极，石墨.不锈钢板等作阴极，用电解产生的初生态氧对碳纤维进行表面氧化。电化学氧化可在纤维表面引人各种功能基团，如-COOR、COOH和OH等，从而改善纤维与基体的浸润性和键合状况，显著提高CFRP的力学性能。

　　电解质种类不同其氧化机理也不同。如果电解质属于酸类，由水分子电解生成的氧原子被碳纤维表面的不饱和碳原子吸附，并与相邻吸附氧原子的碳原子相互作用脱落-个碳原子而产生CO2，从而使石墨微晶被刻蚀，边缘与棱角的活性碳原子数增加，这是表面能增加的一个重要因素。

　　电化学氧化法有许多优点，即氧化反应速度快，处理时间短，容易与碳纤维生产线相匹配，氧化缓和，反应均匀，且易于控制，处理效果显著，可使ILSS得到较大幅度提高。但是处理电流过大或时间过长等都会使碳纤维表面严重刻蚀，导致其力学性能降低。

　　4.等离子体氧化法

　　等离子体改性碳纤维表面的作用机制十分复杂，对此尚无明确统一的认识，但得到广泛认同的理论有：(1)等离子体粒子的能量一般为几到几十电子伏特，足以引起碳纤维中各种化学键的断裂或重新组合，使纤维表面发生自由基反应并引人含氧极性基团；(2)高能粒子能量向纤维表层分子传递，使纤维表面温度升高.表层分子被活化并生成活性点，导致表面发生重排、激发、振荡.级联碰撞引起缺陷或损伤变化，结果就可能使碳纤维表面微晶晶格遭到破坏，微晶尺寸减小，表面粗糙度增加，比表面积也相应增大。等离子处理包括高温和低温2种，目前用于碳纤维表面处理的主要是冷等离子体。

　　采用冷等离子体处理碳纤维的工艺关键是严格控制好处理条件(气压、处理时间、放电功率、进气位置及反应器形状等) ，其中选择合适的气氛尤为重要。等离子体气氛不同，碳纤维表面引入的官能团也不同。通常N2和NH3能使表面形成含氮基团，而O2和空气不仅能使纤维表面氧化，还能刻蚀掉纤维表面多数的脂肪链结构，使其向石墨化晶体结构发展，同时还形成各种复杂的碳链断残基。因此，使用含氧气体处理效果较好。用氧等离子体和马来酸酐/氧等离子体处理碳纤维，发现经前者处理后纤维表面含氧量大大增加，而后者处理的碳纤维表面含氧量少于前者。

　　与碳纤维表面改性的其他方法相比，冷等离子体改性是一种干式工艺，无需进行废液、废气的处理，因而节省能源，降低成本；改性时间短，只需几秒到几分钟，效率高；改性只发生在纤维表面层(几埃到微米级)，不改变其体相结构因而不影响基体固有性能。此外，冷等离子体改性与纤维表面作用形式多，工艺适用范围广，便于连续性自动化生产。

　　在碳纤维表面氧化处理方法中较为成熟且在线配套使用的主要有电化学氧化法.臭氧氧化法和气液双效法。在液相氧化法中，主要是HNO3，处理的效果好，适用于间歇操作；冷等离子表面处理方法仍处于研究阶段。虽然碳纤维表面改性方法的研究尚不太成熟，但是其在改善界面和提高复合材料性能方面已经起到了重要作用；在将来的研究中，要更加注重研究工艺条件和参数设计对改性效果的影响。可以预见，随着研究的不断深人，碳纤维及其复合材料也将得到越来越广泛的应用。