低温等离子体碳纤维表面处理技术研究

采用低温等离子体法对碳纤维表面进行处理,并通过滴水试验、SEM、XPS测试处理效果。与阳极氧化法相比,低温等离子体法能更有效地改变碳纤维的表面性质。滴水试验表明经等离子体处理的碳纤维表面呈极性,与水的润湿性好;SEM测试结果表明,低温等离子体法处理的碳纤维表面沟槽比阳极氧化法的更多,前者表现出更强的表面修饰性;XPS测试结果表明,经等离子体和阳极氧化法处理后的碳纤维表面均含有羧基、羟基、羰基,低温等离子体处理后的碳纤维表面的极性官能团总含量为17%。     

碳纤维的电化氧化和对CFRP界面特性所产生的效应

一、目的现在市场上出售的碳纤维,为了提高同环氧树脂的粘结性,都施以表面处理。对碳纤维的表面处理法以往虽进行了种种研究,但实际操作中究竟采用怎样的表面处理方法,碳纤维制造商还未曾发表过。不过,一般都认为要对碳纤维进行轻度氧化。对实际已报告的碳纤维表面进行分析的结果表明:通过表面处理,纤维表面的氧原子浓度或含氧官能团有所增加。碳纤维的氧化表面处理方法     

碳纤维复合材料的表面处理

为了提高碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的层间剪接强度,已经研究了各种表面处理技术,以改善碳纤维和基体树脂间的粘接性。1.表面氧化法一般可分为三种方法。1.气相氧化法。通过两种途径完成。一是将纤维通过高温气体;二是将加热了的碳纤维通过气体。以CO_2和NO_2气体的处理效果为好。还可以采用高频脉冲等方法来活化气体处理碳纤维。优点是操作简便、处理时间短、效果较好。不足之处是碳纤维失重严重,抗拉性能损失较大;2.液相氧化法。将碳纤维通过氧化池进行氧化处     

XPS,AFM研究沥青基碳纤维电化学表面处理过程的机制

对各向同性沥青基碳纤维进行电化学氧化表面处理,用XPS,AFM分析了碳纤维表面含氧官能团和表面微观形貌的变化过程。实验结果表明:电化学氧化处理是表面碳及其含氧官能团逐步被氧化成羧基和CO₂的过程。氧化处理首先是使碳纤维表面变得更光滑,持续氧化后才会出现沟槽,SEM的分辨率不足以表征碳纤维电化学氧化前后的表面形貌变化,而采用AFM可在纳米尺度上表征碳纤维在电化学氧化过程中的表面形貌变化。AFM和XPS的结合可表征碳纤维电化学氧化表面处理的进程。     

碳纤维阳极氧化法处理对复合材料界面性能的影响

利用阳极氧化法对碳纤维进行表面改性处理,研究了碳纤维处理前后表面化学组成,纤维复丝拉伸强度和复合材料的层间剪切强度（ＩＬＳＳ）。结果表明,经阳极氧化处理碳纤维表面的含氧、含氮极性官能团数目增加,纤维复丝拉伸强度有所下降,复合材料的ＩＬＳＳ值提高。同时通过实验结果分析,阐明阳极氧化处理使复合材料界面性能改善的机理。     

碳纤维表面生长碳纳米管及其增强复合材料性能的研究

通过电化学阳极氧化法改性碳纤维表面,利用浸渍法在连续的碳纤维表面加载了均匀的催化剂前驱体涂层,并通过化学气相沉积法(CVD)在碳纤维表面催化生长了均匀、规整的碳纳米管。利用场发射扫描电镜(FESEM)研究了电化学氧化电流强度对碳纤维表面加载催化剂颗粒的形貌与碳纤维表面催化生长碳纳米管形貌的影响,发现最佳的电化学氧化电流强度为0.4 A;Co作为催化剂时,500℃气相沉积10min后制备的复合材料层间剪切强度与未做任何处理的碳纤维及脱浆后的碳纤维作为增强体时相比,分别提高了11.0%与26.5%。     

碳纤维的臭氧处理—以提高与聚合物基体的粘结

前言碳纤维表面和聚合物基体间的强粘结对于碳纤维的增强效应是很重要的。鉴此,工业生产的碳纤维一般都要进行表面处理,主要采用电解氧化法。试验了数种表面处理法,但似乎只有臭氧处理法在技术上可与电解氧化法相互替换。我们研究了高温热塑性塑料如聚碳酸酯(PC)和聚醚砜(PES)(表1)的粘结问题。与热固性树脂相比,用这些聚合物来生产复合     

碳纤维三维立体织物中纤维表面改性的均一化研究

采用阳极氧化法对碳纤维三维织物进行了表面处理。通过复合材料的界面强度、抗冲击性能和抗压性能,研究了阳极氧化处理工艺参数对碳纤维三维织物复合材料性能的影响。实验结果表明该方法不仅能对三维织物表层的碳纤维进行表面改性, 而且能深入织物内部, 实现对碳纤维三维织物的均一化处理, 从而使碳纤维三维织物/酚醛复合材料的界面强度均得到大幅度提高, 复合材的整体性能得到改善。     

用气相氧化法对碳纤维进行表面处理

碳纤维的表面处理方法很多。我们选择了行之有效的气相氧化法。实验结果表明,碳纤维经气相氧化处理后,不仅可使复合材料的层间剪切强度提高36—56%,而且也可使碳纤维本身的抗拉强度提高11—31%。所以,本法效果显著,可与碳纤维生产线相配套。     

界面改性对T－300／聚酰亚胺复合材料热氧稳定性的影响

采用电化学法连续处理碳纤维，通过阳极氧化剥除Ｔ－３００碳纤维表面耐热性差的环氧涂层，重新涂覆了几种耐热涂层。研究了在３１６℃条件下，５００小时热氧化对Ｔ－３００／聚酰亚胺复合材料层间剪切强度的影响，并且用ＳＥＭ观察了碳纤维表面处理前后的涂层剥落现象及表面形貌。     

表面氧化处理对碳纤维及其水泥石性能的影响

碳纤维与水泥石界面的粘接状况是影响碳纤维水泥石材料性能的关键因素之一，为此，通过测试碳纤维的表面浸润性以及碳纤维水泥石的力学性能，研究了经过NaClO氧化处理后，碳纤维表面性能以及碳纤维与水泥石界面粘结性能的变化．研究结果表明：碳纤维的氧化处理可以提高其表面对水的浸润性，改善碳纤维与水泥石的粘结界面，提高碳纤维水泥石的压敏特性。     

催化剂加载对连续碳纤维表面生长碳纳米管的影响

通过化学气相沉积(CVD)在碳纤维表面还原得到均匀细小的催化剂颗粒并在碳纤维表面催化生长了均匀、规整的碳纳米管(CNTs)。系统研究了催化剂种类以及浓度对碳纳米管产量和微观组织结构的影响,探究了碳纤维的浸润性能和单丝强度的变化。结果表明,Ni的催化活性最高,Co的催化活性适中,产生的CNTs较为均匀、规整,当催化剂浓度为0.02mol/L时,碳纤维表面生长CNTs多尺度增强体的拉伸强度最大。碳纤维表面生长CNTs,促使碳纤维的表面粗糙度增加,与树脂之间的结合变强,从而提高了碳纤维与环氧树脂之间的浸润性。     

阳极氧化表面处理对碳纤维性能的影响

通过对国产PAN基碳纤维和沥青基碳纤维阳极氧化处理,得到了两种纤维的性能(σ_f,Cox/Cgr,表面形态)随阳极氧化处理条件变化的关系.实验结果表明,阳极氧化能较大地增加碳纤维表面的化学活性和物理活性.碳纤维经阳极氧化后,表面形成①—C—OH,②—C—OH=O,—O—C—O—,③—C=O,④R—CO₃—四种类型的含氧官能团,随阳极电位的升高,表面含氧官能团含量增加.阳极处理后的碳纤维,在其表面形成了微细缺陷,缺陷的形状因纤维的种类不同而不同.阳极电位是影响碳纤维性能最关键的电极参数.     

γ射线辐照对碳纤维表面接枝改性的影响

为提高碳纤维/环氧树脂复合材料的界面粘结性能, 采用γ射线共辐照接枝方法对碳纤维表面改性, 利用X光电子能谱仪(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)、 电子万能材料试验机, 研究了在缩乙二醇丙酮溶液和环氧氯丙烷丙酮溶液中经200 kGy剂量的γ射线辐照接枝后, 碳纤维的表面化学元素及官能团组成、 表面形貌、 复合材料剪切断面形貌及其层间剪切强度(ILSS)的变化。研究表明, 缩乙二醇类接枝液的接枝效果较理想, 碳纤维接枝率达7%; 辐照处理碳纤维表面O/C比值和含氧官能团含量增加, 以此制备的碳纤维/环氧复合材料的ILSS提高, 最大提高率达31.2%; 同时还发现辐照接枝后的碳纤维表面粗糙度增大。     

碳纤维／PF尼龙复合材料性能及界面研究

制备了碳纤维／ＰＦ尼龙复合材料，采用Ｘ光电子能谱仪及化学滴定法定量分析了碳纤维表面的含氧状况，利用扫描电镜研究了碳纤维的表面形态及碳纤维／ＰＦ尼龙复合材料的界面形态，探讨了碳纤维表面形态和含氧量对复合材料力学性能和界面粘结状况的影响。结果表明，规整ＣＦ表面的羧基与ＰＦ尼龙分子中的胺基发生化学键合是复合材料具有良好力学性能及界面具有良好粘结的主要因素。     

等离子体处理碳纤维/树脂复合材料

为了提高碳纤维/树脂复合材料的表面浸润性,采用等离子体直接对复合材料进行表面处理,通过接触角测试、拉伸试验、金相显微分析和红外光谱分析,探究了等离子体处理碳纤维/树脂复合材料的最佳处理工艺、处理前后碳纤维/树脂复合材料的力学性能和表面官能团的变化。结果显示:电流、气压和处理时间均对碳纤维/树脂复合材料表面浸润性有明显影响,当电流为1.0A、气压为1.0Pa、处理时间为10min时,表面浸润性最佳;处理后碳纤维/树脂复合材料的拉伸强度没有减小,反而提高了8%。红外光谱分析显示处理后碳纤维/树脂复合材料表面酯基链发生断裂,酯基数量降低,相应形成更多的酮基、羧基和醇羟基,表面极性增强,浸润性显著提高。研究解决了碳纤维/树脂复合材料表面呈惰性的问题,为其表面功能涂层制备奠定了基础。     

Effect of a multiscale reinforcement by carbon fiber surface treatment with graphene oxide/carbon nanotubes on the mechanical properties of reinforced carbon/carbon composites

An effective carbon fiber/graphene oxide/carbon nanotubes (CF-GO-CNTs) multiscale reinforcement was prepared by co-grafting carbon nanotubes (CNTs) and graphene oxide (GO) onto the carbon fiber surface. The effects of surface modification on the properties of carbon fiber (CF) and the resulting composites was investigated systematically. The GO and CNTs were chemically grafted on the carbon fiber surface as a uniform coating, which could significantly increase the polar functional groups and surface energy of carbon fiber. In addition, the GO and CNTs co-grafted on the carbon fiber surface could improve interlaminar shear strength of the resulting composites by 48.12% and the interfacial shear strength of the resulting composites by 83.39%. The presence of GO and CNTs could significantly enhance both the area and wettability of fiber surface, leading to great increase in the mechanical properties of GO/CNTs/carbon fiber reinforced composites.     

碳纤维电泳沉积碳纳米管对界面性能的影响

采用碳纳米管电泳沉积到碳纤维表面,达到改性碳纤维复合材料界面性能的目的.将羧基化的碳纳米管在十六烷基三甲基溴化铵的分散作用下制备成不同浓度的水溶液,在电场作用下,将碳纳米管电泳沉积到碳纤维表面.通过扫描电子显微镜、X-射线光电子能谱以及动态接触角对处理前后的碳纤维的表面形貌、表面元素及浸润性进行表征.研究结果表明,经过电泳沉积碳纳米管后,碳纤维的表面粗糙度、表面极性官能团含量及表面能都有较大提高,纤维的浸润性得到提高.对复合材料的界面性能分析表明,复合材料的界面性能在经过处理后有很大提高,当碳纳米管的质量浓度为0.1%,界面剪切强度提高了72.93%.     

炭纤维表面官能团异氰酸酯化及阴离子接枝尼龙6研究--(Ⅰ)接枝方法与表征

提出了炭纤维(CF)表面接枝的一种新方法。通过CF表面官能团的异氰酸酯化,利用异氰酸酯作为MC尼龙6聚合的活化剂,成功地通过阴离子接枝聚合方法制备了表面接枝尼龙6(PA6)的CF。扫描电子显微镜(SEM)结果表明．接枝了PA6的CF表面呈粗颗粒状形态与织构。X光光电子能谱(XPS)结果表明阴离子接枝PA6的CF表面N／C比例由0．0295提高到0．0573。称量法表明接枝率可达1．8％以上。     

接触角测定法研究碳纤维表面酸碱性

用接触角测定法研究了未处理的和经液相氧化处理的碳纤维表面的酸碱性。结果表明,未处理碳纤维表面呈两性,但以碱性为主;经氧化处理后,碳纤维表面的酸性变化不大,而碱性变得更强。得到碳纤维表面自由能的非极性分量为45mJ/m~2。