碳纤维表面处理
碳纤维表面处理方法的探讨
碳纤维表面处理方法的探讨1 引言碳纤维在混凝土中的分散状态是碳纤维混凝土制备和应用过程中的关键问题，对其导电性能、电一力和力一电等效应具有重要的影响。
国内外学者对碳纤维的分散开展了大量研究工作，美國纽约州立大学布法罗分校的D.D.L.Chung最早采用甲基纤维素（MC）作为分散剂对纤维分散进行改善。
此外，她还提出对碳纤维进行表面改性的两种方法：一种是将碳纤维浸泡在强氧化剂溶液中或在臭氧中处理[1]，在其表面形成具有亲水性的含氧官能团；另一种方法是将碳纤维浸泡在硅烷偶联剂溶液中，在纤维表面形成硅烷涂层而提高亲水性。
孙辉、孙明清等发现在水泥浆体中掺加羧甲基纤维素钠（CMC）和硅灰能显著改善碳纤维的分散性。
王闯等[2]使用甲基纤维素（MC）、羧甲基纤维素钠（CMC）、羟乙基纤维素（HEC）3种常用分散剂后发现分散剂对短碳纤维的分散效果为HEC>CMC>MC。
2 常用表面处理方法2.1 阳极氧化法阳极氧化法，又称为电化学氧化表面处理，是以碳纤维作为电解池的阳极，石墨作为阴极，在电解水的过程中利用阳极生产的“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，之后逐步氧化成酮基、羧基和二氧化碳的过程。
阳极氧化法对碳纤维的处理效果不仅与电解质的种类密切相关，并且增加电流密度与延长氧化时间是等效的。
该表面处理方法可以通过改变反应温度、电解质浓度、处理时间和电流密度等条件进行控制。
通过此方法处理后，使碳纤维表面引入各种功能基团而改善纤维的浸润和黏接等特性，显著增加碳纤维增强复合材料的力学性能。
庄毅等[3]采用碳酸氢铵为电解质，对PAN基碳纤维进行阳极氧化处理后，测试发现复合材料的层间剪切断裂转变为张力断裂，使其ILSS提高了49%。
阳极氧化法的特点是氧化反应缓和，易于控制，处理效果显著，可对氧化程度进行精确控制，目前已得到广泛应用，是目前最具有实用价值的方法之一。
但是处理后残留电解质的洗净和干燥十分繁琐，需要连续的电化学处理设备，对处理后的碳纤维进行充分的水洗、烘干，会增加处理成本。
对碳纤维表面处理的认识与理解
对碳纤维表面处理的认识与理解碳纤维是一种新型的纤维材料，因其具有轻质、高强度、耐腐蚀等优良性能而被广泛应用于航空、航天、汽车、体育器材等领域。
然而，碳纤维表面具有一定的亲水性和表面能，与其他材料接触时易产生剥离、分层等问题，因此碳纤维的表面处理变得尤为重要。
本文将对碳纤维表面处理的认识与理解进行详细阐述。
一、碳纤维表面处理的必要性由于碳纤维表面的亲水性和表面能，对各类粘接剂的黏附能力强，同时对于各种腐蚀环境的敏感度也较高。
在实际生产、应用过程中，碳纤维经常需要和其他不同材料进行接触，如金属、陶瓷等。
此时若没有进行必要的表面处理，易造成产物剥离、结构松散、化学腐蚀等问题，从而影响产品的使用性能。
二、碳纤维表面处理的方法1、物理处理：该方法主要包括氧气、等离子体、激光等方法。
其中，氧气处理是目前较为常用的方法。
氧气在高温下与碳纤维表面发生氧化反应，改善纤维表面亲水性，增加其表面能。
等离子体、激光处理也能有效地改善碳纤维表面性质。
除此之外，还可采用研磨、喷砂等方法将碳纤维表面的油污、杂质清除，提高其粘接性和耐腐蚀性。
2、表面涂层：这种方法是通过在碳纤维表面覆盖一层特殊涂层，来改善其表面性质。
常用的涂层有聚合物、金属、氧化物等，可根据需要选择不同材料的涂层。
例如，以聚合物涂层为例，可以通过电泳沉积、喷涂等方式在碳纤维表面涂覆一层聚合物薄膜，以增加碳纤维表面的粘接力和耐腐蚀性。
3、化学处理：该方法通过在碳纤维表面引入一些化学物质，改变其表面性质，以提高其粘接性和耐腐蚀性。
常用的化学处理方法有表面喷涂、表面改性等。
例如，采用表面改性法，可以将碳纤维表面进行阳离子化改性，增加其表面的化学反应活性，改善其粘接性和耐腐蚀性。
三、表面处理后的碳纤维性质变化经过表面处理的碳纤维，其表面能被有效改善，亲水性变强，粘接力和耐腐蚀性能都能得到提高，从而可在更广泛、更复杂的应用中发挥更为优异的性能。
四、总结碳纤维表面处理是当前碳材料领域的一个热点问题，对于完善碳材料的力学性能和表界面性能至关重要，是碳材料研究和应用的必经之路。
聚丙烯腈基碳纤维的制备-表面处理
碳纤维表面处理碳纤维作为一种具有高强度高模量的先进材料，通常需要与其他基体材料进行复合制备成复合材料进行使用。
由于碳纤维本身经过1300℃以上的高温处理，纤维中90%以上由碳元素组成，纤维表面活性官能团很少，具有较强的惰性，与高分子树脂等基体进行复合时，纤维与树脂的结合较差，影响纤维优异力学性能的发挥,并最终影响复合材料的性能。
因此在碳纤维制备过程中，通常需要对碳纤维进行表面处理,增加其表面的活性基团，增强与树脂等基体之间的结合。
5。
3.1 表面处理方法由于碳纤维表面处理对其复合材料性能提高的作用，因此表面处理方法的研究也是碳纤维制备技术研究的重点。
经过多年的研究，科研工作者开发了多种对碳纤维进行表面处理方法,表 5.11列出了可以对碳纤维进行表面处理的不同方法及其影响因素.在这些处理方法中，目前应用在工业化生产上的基本上都是电解氧化法.表5。
11 碳纤维表面处理方法和影响因素序号类型处理方法影响因素1 气相氧化O2、O3、NO2、NO、SO2、NH3、空气、水蒸气/空气、NO/空气时间、温度、浓度、流量2 液相氧化HNO3、H2O、KMnO4、NaClO3、Na2Cr2O7/H2SO4、H2O2/ H2SO4、NaClO3/ H2SO4、KMnO4/ H2SO4时间、温度、组成比例、3 电解氧化氨水、碳酸氢铵、H2SO4、HNO3、H3PO4、NaOH、KOH、NaCl、Na2CO3、NH4NO3、NaHCO3等水溶液时间、电压、电流密度、电解质浓度4 催化氧化硝酸铜、醋酸铜、硝酸铅、硝酸亚铅、硝酸铁、硫酸铁、硝酸铋、钒酸盐、钼酸盐时间、温度、催化剂量5 电引发聚合物涂层丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、苯乙烯、醋酸乙烯、丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷时间、电压、电流、溶剂、单体浓度6 聚合物电沉积涂层苯乙烯、乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基甲基醚与马来酸酐共聚物时间、电压、电流、溶剂、共聚物离子浓度7 表面涂覆PV A、PVC、PAN、硅烷物，硬性聚氨酯炭黑树脂组成含量、涂覆量8 高温气相沉积SiC、TiC、TiO2、ErC、NiC、B、BN、NbC、TaC、石墨晶须、碳温度、时间、载气、试剂含量9 表面聚合物接枝丙烯酸、丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈—苯乙烯、丙烯腈、异氰酸酯时间、氧化程度、接枝量、浓度10 等离子体处理O2、NH3、Ar、N2、空气、SiC涂层、AN聚合时间、真空度、功率、流动速度5。
碳纤维表面处理及其复合材料性能研究
2020年01月碳纤维表面处理及其复合材料性能研究张安花（厦门新凯复材科技有限公司，福建厦门361021）摘要：碳纤维具有耐高温、导电、导热、耐腐蚀等性能，可制作成各种复合材料产品，应用于不同领域中。
为提升航空复合材料强度，研究使用浓硝酸、浓硝酸超声处理碳纤维表面，经处理会影响碳纤维表面的微结构、表面化学组成，达到增强复合材料性能效果。
关键词：碳纤维；表面处理；复合材料性能碳纤维主要和树脂等材料复合，具有增强作用，可制造出更先进的复合材料。
但因类石墨结构其表面存在一定化学惰性，很难浸润树脂及化学反应，表面难与树脂结合，进而影响复合材料强度。
故需改变碳纤维表面性质，以增加碳纤维表面的极性官能团及表面活化，进而更容易浸润和发生化学反应，使复合材料界面更紧密连接而增加强度。
通常采用偶联剂涂层法、氧化法、等离子等处理方法.在航空领域因耐燃效果需求高使用酚醛树脂，而市面上的碳纤维较少有偶联剂涂层适用酚醛树脂，本文研究液相氧化法与超声协同处理碳纤维表面，达到增加酚醛树脂碳纤维复合材料强度。
1实验方法1.1碳纤维表面处理方法（1）碳纤维表面的上浆剂脱除选用PAN 基碳纤维，型号为Toray T700，使用乙醇/丙酮进行回流处理，其体积比为1:1，处理时间为48h ，将碳纤维表面的上浆剂(即偶合剂)脱除（2）脱浆后碳纤维再进行表面处理处理方法有两种:第一，在浓硝酸中浸泡，温度为60℃，处理时间为2h ；第二，浓硝酸超声处理2h ，浓度为65%，250E II 型超声波，功率和频率分别为250W 和40kHz 。
所有处理工作的结束后，去离子水清洗碳纤维，使其为中性，再在真空中烘干，温度为80℃，直到碳纤维恒重量为止。
1.2复合材料制备采用碳纤维与PF475酚醛树脂制成复合材料预浸布，酚醛树脂与异丙醇制成固成份70%的树脂，使用缠绕法进行制作预浸材，制成纤维含量FAW 100g/m 2，树脂含量RC%37%，用55度将溶剂烘烤至VC%1%以下的预浸材，再将预浸材进行积层堆叠成试片，采用成型温度160度，时间50min 进行加压固化，制成2mm 厚度复材试片。
碳纤维表面上浆处理
• Chemical structure
• Surface enegy and wettability
• Thermal stability and IFSS
Results
A number of longitudinal streaks dispers on the C-1-sized carbon fibers surface, The longitudinal streaks in the C-2 and C-3-sized carbon fibers almost disappeared .A few granular substances appeared on C-3-sized carbon fibers .there was no bundle between C-2-sized carbon fibers, and the fiber bundle had uniform dispersibility. However, some C-3-sized carbon fibers adhered together which did not satisfactory processability and other workability for further application. As a result, we chose C-2 with the concentration of 0.5 wt % as the sizing agent for the following investigation. The results of this study revealed that sizing agent with thermoplastic PPEK resin improved carbon fibers surface and interfacial properties of carbon fiber composites. XPS results confirmed that the main component of sizing agent on T700M CF was PPEK resin. T700M CF performed better thermal stability than that of T700 CF. Because of more functional groups on surface, T700M CF showed higher polar component and surface energy than T700 and T700T carbon fibers. Surface energy of T700M CF was 49.96 mJ m-2, improving 59.26% compared to T700T CF. The wetting performance of T700M was best with the contact angle of 57.01°, and the values were 73.11° and 97.05° for T700 and T700T carbon fibers, respectively. IFSS of T700M CF/PPEK composite was 51.49 MPa and improved 30.32% compared to 700T CF/PPEK composite. Carbon fiber sizing with PPEK can distinctly improve their thermal stability, surface energy, wetting performance, and IFSS.
碳纤维表面改性
碳纤维表面处理改性
3 .碳纤维的表面处理 3.1 氧化处理 3.1.1 气相氧化法(图右为氧化示意图) 气相氧化使用的氧化剂有空气、氧气、臭氧等含氧 气体。氧化处理后，碳纤维表面积增大，官能基团 增多，可以提高复合材料界面的粘接强度和材料的 力学性能。如把碳纤维在４５０℃下空气中氧化１ ０min，所制备的复合材料的剪切强度和拉伸强度 都有提高；采用浓度０．５～１５ｍｇ／Ｌ的臭氧 连续导入碳纤维表面处理炉对碳纤维进行表面处理， 经处理后碳纤维复合材料的层间剪切强度可达７ ８．４～１０５．８ＭＰａ；
３．２．3聚合物涂层 碳纤维经表面处理后，再使其表面附着薄层
聚合物，这就是所谓的上浆处理。这层涂覆 层即保护了碳纤维表面，同时又提高了纤维 对基体的浸润性。
３．２．4表面生成晶须法 在碳纤维表面，通过化学气相沉积生成碳化硅、硼 化金属、二氧化钛、硼氢化合物等晶须，能明显提 高复合材料的层间剪切强度，并且晶须质量只占纤 维的０．５％ ～４％，晶须含量在３％～４％时 层间性能达到最大。生长晶须的过程包括成核过程 以及在碳纤维表面生长非常细的高强度化合物单晶 的过程。尽管晶须处理能获得很好的效果，但因费 用昂贵、难以精确处理，故工业上无法采用。
碳纤维表面改性
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一.定义 二.碳纤维表面结构 三.碳纤维的表面处理 1 氧化处理 2 表面电聚合 3 聚合物涂层 4 表面生成晶须法 5 等离子体处理 四.展望
碳纤维
定义 碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理 而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结 构类似人造石墨，是乱层石墨结构，是一 种力学性能优异的新材料 。 碳纤维增强树脂基复合材料（ＣＦＲＰ） 由于具有密度小、比强度高、比模量高、 热膨胀系数小等一系列优异特性，在航天 器结构上已得到广泛的应用。其中碳纤维 是增强体，为主要的承力结构，树脂基体 起连接纤维和传递载荷的作用。
碳纤维表面处理对复合材料强度的影响
碳纤维表面处理对复合材料强度的影响【摘要】碳纤维增强复合材料由碳纤维与树脂基体共同组成，碳纤维与树脂基体的表面结合直接影响到复合材料的性能。
本文通过采用不同的碳纤维表面处理方法，对处理后的碳纤维表现进行分析，对复合材料的界面性能进行研究，并用实验测试复合材料的界面结合强度，结果表明，采用低电压，短时间的电化学处理较浓硝酸氧化处理，对复合材料的增强效果的影响更明显。
【关键词】碳纤维表面处理界面性能抗弯强度1 前言与传统金属材料相比，碳纤维增强树脂基复合材料具有耐高温、耐腐蚀、质量轻、机械强度高的优点，被广泛应用于航空航天、军事、汽车、体育等领域。
碳纤维是有机纤维在惰性气氛中经高温碳化和石墨化制成的纤维状碳，它具有乱层石墨结构，其密度仅为钢密度的1/4，具有优异的力学性能，热稳定性，是一种高性能的先进非金属增强材料。
尽管碳纤维性能优异，但，由于其属脆性材料，单独使用，许多性能无法得到充分的发挥。
只有与其它基体材料结合成复合材料，材料性能形成互补，才能有效发挥其优异的力学性能，因此，碳纤维在复合材料中被用作增强相。
用作复合材料的树脂基可分为两大类，一类是热固性树脂，另一类是热塑性树脂。
热固性树脂由反应性低分子量预聚体或带有活性基团的高分子量聚合物组成；成型时，在固化剂或热作用下进行交联、缩聚，形成具有网状交联体结构。
常见的有环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂以及酚醛树脂等。
热塑性树脂由线型高分子量聚合物组成，在温度超过熔点时熔融，具有流变性，属物理变化。
常见的有聚乙烯、尼龙、聚四氟乙烯等。
复合材料的界面由增强材料表面与基体材料表面相互作用形成的，它包含两相之间的过渡区域，界面相内的化学组成、分子排列、热性能、力学性能呈连续梯度性变化。
界面相的结构由增强材料与基体材料表面的组成及二者之间的反应性能决定的，因此纤维表现处理的结果将影响复合材料的性能。
通过纤维表面处理可以增强纤维表面的化学活性与物理活性，从而增加其与基体间的结合或粘结。
碳纤维的表面处理与成纸导电性能
粘结性能、润湿性能，也提高碳 纤维的化学稳定性。
屏蔽材料对电磁波进行屏蔽隔
碳纤维密度小，质量轻，导
解决碳纤维的分散性和结
离和损耗，是减轻电磁辐射污染
电性好，呈非磁性，具有屏蔽电
合性问题一般从以下几方面着
的有效途径。电磁波屏蔽的效能 （SE）是 由 吸 收 损 耗（A）、反 射 损 耗（R）和多次反射损耗（B）三部 分构成，即：SE=A+R+B (dB)
图 4 CPAM 对导电纸强度的影响 选用 CPAM 作为分散剂，考
察不同用量对碳纤维导电纸的 强度的影响。由图 4 分析可知： CPAM 用量 0.6%时纸张的抗张 指数和撕裂指数均最高，因此， 可以选择该用量为最佳值，进行 后续试验。 3.3 碳纤维比例的影响
为比较碳纤维配比对成纸 物理强度和导电性的影响，分别 加入碳纤维 1%、5%、10%、20% 至 50%，检测纸张的抗张指数、 撕裂指数和电阻。
由图 5 可知，碳纤维纸的抗 张指数随碳纤维含量的增加呈现 先增加后下降的趋势。碳纤维 含量小于 10％时，随着碳纤维含 量的提高，导电纸的抗张指数 由 29.51 N·m·g -1 提 高 至 33.04 N·m·g-1；当碳纤维含量大于 10％ 时，随碳纤维含量的增加抗张指 数开始下降。纸张的强度来源于 纤维间的结合力和纤维本身的 强度。碳纤维的物理强度显著高 于植物纤维，与植物纤维之间能 形成极少量的化学键合，当加入 少量的碳纤维时对纸张有增强 效果。但大量加入碳纤维后，阻 碍了纤维间的氢键结合，导致抗 张强度下降。这种现象在其他复 合纤维纸中也有类似现象。撕裂 指数表现出同样的趋势，但拐点 出现在碳纤维含量 30%时。
应基团，但这些活性基团数量极
辐射水平迅速增加，电磁波污染 引起的电磁干扰与电磁兼容问 题日益严重。电磁辐射会影响电 子设备的正常使用，造成信息的 泄露，对人们的健康带来危害[1]。
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学院：材料科学与工程学院研究方向：炭纤维及复合材料题目：炭纤维表面处理研究进展炭纤维表面处理研究进展摘要：本文简单介绍了炭纤维的表面性质，比如比表面积、粗糙度、表面化学结构、表面的润湿性，并针对国内外对炭纤维进行表面处理的气相氧化法、液相氧化法、电化学氧化法等方法进行论述，以及SEM、TMA、ILSS、XPS等表征手段进行分析，由于界面表征手段的多样性，和界面作为另一新相的特点，对未来研究工作的研究重点进行论述。
关键词：炭纤维；表面处理；表征方法；复合材料1. 前言℃）—1400℃）—3000℃）上图为制取沥青基炭纤维的整个过程，但是炭纤维一般很少直接应用，大多是经过深加工制成中间产物或复合材料使用，由于在高温惰性气体中炭化处理，随着非碳元素的逸走和碳的富集，使其表面活性降低，表面张力降低，与基体的润湿性变差。
此外，为了提高炭纤维的拉伸强度应尽可能的减少表面缺陷，因此比表面积也较小，一般不超过1㎡/g。
这样平滑的表面与基体的锚定效应也较差，导致复合材料的层间剪切强度的降低，达不到实用设计的要求，为使炭纤维表面由增液性变为亲液性，就要对炭纤维表面处理使它的ILSS由55—70MPa提高到90MPa或95MPa，因此对炭纤维进行表面处理是使炭纤维用于实际投入市场的关键步骤，使性能达到实用和设计的要求。
石墨纤维更需要表面处理。
2 炭纤维的表面性质2.1 炭纤维的比表面积和表面粗糙度对于高性能炭纤维，比表面积一般在1㎡/g以下，活性比表面积更小。
经过表面处理后，活性表面积显著提高，炭纤维几乎提高2倍，ILSS也随之提高很多2.2 炭纤维的表面化学结构炭纤维表面不仅有焦油污染物而且含活性基团较少，表现出憎液性，表面处理时，不仅氧化刻蚀除去表面沉积物，而且进行表面氧化而引入含氧基团，呈现亲液性，化学反应历程如下:由C-H氧化成羟基进而成羰基最后氧化成羧基。
处理后引入含氧官能团，表面含氧量显著增加，对水的润湿性大幅度提高，最终导致复合材料ILSS的显著提高。
2.3 炭纤维表面的润湿性液体润湿固体表面的基本条件是固体表面张力大于液体，即固体有高的表面能，液体为低的表面能，处理后，改善了表面化学环境，提高了表面能，使润湿性能得到提高，表面引入不同的原子而改善润湿性的顺序为：N>O>I>Br>Cl>H>F润湿后接触角越小润湿性越好。
3 炭纤维表面处理国内外对炭纤维的改性处理非常活跃，主要的改性方法有氧化处理，表面涂层处理和等离子处理。
对炭纤维进行表面氧化的方法主要有液相氧化法气相氧化法和电化学氧化法等。
其中, 液相氧化法因其设备简单、处理条件容易、处理效果明显, 已被广泛的采用。
3.1 阳极电解氧化法电化学氧化法是炭纤维作阳极置于电解质溶液中，目前这种方法技术比较成熟，氧化过程缓和，反应易于控制，操作弹性大，适于在线配套，国外的很多公司均采用此法。
电解质可以是酸、碱或盐类，其中酸可以是无机酸类有硝酸、硫酸、磷酸和硼酸等；碱类可以是氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化镁等；盐类有硝酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钾、磷酸铵、磷酸二氢铵、硫酸铵、硝酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵等等。
其中，硝酸或碳酸铵、碳酸氢铵的表面处理效果最好。
目前国内外对电化学氧化法的研究颇多，如山西煤化所的刘鸿鹏等研究了电化学氧化处理对炭纤维表面石墨微晶尺寸的影响，北京化工大学的刘杰等发现适度的电化学氧化处理不仅可以提高复合材料的力学性能，还可以增加纤维的拉伸强度，并提出“物化双效”机理。
但他们的研究主要集中在炭纤维电化学处理前后表面官能团和粗糙度的变化，极少涉及电化学处理对炭纤维表面浸润性的影响，而且目前炭纤维表面浸润性的研究一般通过分析纤维在各种溶液中的接触角来实现，测量精度极难保证。
中国科学院炭材料重点实验室的崔荣庆等人以硫酸铵为电解质，对炭纤维进行连续电化学氧化处理，利用反气相色谱研究电化学氧化处理前后的表面能变化，并联系SEM、AFM、XRD、Raman、XPS等测试结果综合分析电化学氧化处理对炭纤维表面性能的影响。
研究表明，经电化学氧化处理后，纤维沿轴方向表面沟槽加深加宽，薄弱层被剥除，晶格择优取向遭到破坏；纤维表面活性官能团增多，氧和氮含量分别增加了180％和65％，提高了纤维与树脂的粘结性；纤维表面能提高了3.1倍，与树脂的浸润性得到改善；电化学氧化处理后其复合材料的ILSS达109MPa，已可充分满足实际应用需求。
本实验采用反气相色谱直接、准确地测量表面能，并联系表面处理前后纤维表面粗糙度、晶格尺寸和化学组成变化情况，综合考察电化学处理对炭纤维及其复合材料的影响。
ＸＰＳ分析结果表明，电化学氧化在纤维表面引入Ｃ－Ｏ、Ｏ－Ｃ－Ｏ、Ｃ＝Ｃ和－ＣＯＯＨ等活性官能团，使纤维极性表面能增大，采用反气相色谱和ＴＧ对纤维表面的浸润性进行测试，发现经电化学氧化处理后纤维表面能由52.61mJ/㎡增加到21722mJ/㎡，色散表面能和极性表面能都有一定程度的增加，而且极性表面能的增长率更大，电化学氧化处理增强了纤维与树脂的浸润性，有助于提高复合材料的力学性能，以致于最终复合材料的层间剪切强度达109MPa，能充分满足复合材料的实际需要。
下图为SEM 和AFM图可以看到：(1)电化学氧化处理前的炭纤维表面较为平整，沿纤维轴向沟槽较浅；（2）经过电化学刻蚀后的纤维表面轴向沟槽变深变宽，并有凹凸不平的颗粒状突起出现，表面粗糙度从7.19nm增大到20.14nm。
电化学刻蚀后纤维表面沟槽的变宽和加深提高了纤维表面粗糙度，增大了纤维比表面积，增强了纤维与树脂之间的锚定效应，有利于提高复合材料的界面性能。
3.2 气相氧化法气相氧化法是在一定的条件下，采用氧化性的气相介质对炭纤维表面进行处理的方法，常用的介质有臭氧、氧气、空气等，在炭纤维表面处理的过程中，一般通过改变氧化时间、氧化温度和氧化介质浓度等工艺参数来控制纤维的氧化程度，以达到最佳的处理效果。
采用臭氧氧化的方法对炭纤维的表面处理目前使用比较广泛，但是氧化反应的程度不易控制，容易向纤维纵向氧化，导致纤维强度的严重下降。
目前发现使用氧气作为氧化介质也是可以对炭纤维进行表面处理的。
3.3 表面涂层处理表面涂层处理即炭纤维上浆，炭纤维表面上浆技术是炭纤维/聚合物基复合材料制备中的关键技术，上浆的优劣关系到复合材料中炭纤维与聚合物集体界面结合强度的大小，从而决定复合材料综合性能的高低。
优异的上浆工艺能在炭纤维表面形成均匀、稳定的聚合物包裹层，有利于基体聚合物对炭纤维表面的润湿。
炭纤维表面惰性很大，即使通过各种表面化学处理，也难以被水或有机液体完全润湿。
传统的浸泡上浆技术就是在大量表面活性剂的辅助下，使上浆剂溶液或乳液润湿碳纤维表面，达到上浆的目的。
这种方法需要利用大量表面活性剂，对复合材料界面粘接不利，而且浆液容易吸附在纤维间歇中，导致上浆不均匀。
我们实验室采用微液滴上浆技术，利用微液滴具有很高的表面能，其对纤维材料的接触和粘附是一个表面自由能降低的过程，本技术利用这一特性，将上浆剂溶液或乳液雾化成微液滴气溶胶，然后喷射到纤维上，使微液滴自发包裹纤维形成“珠串”形状，从而实现上浆。
本技术具有以下特点：（1）适应性广，受上浆剂和炭纤维的表面性质影响很小，只要能形成溶液或乳液就可以用作上浆，未经表面化学处理的惰性碳纤维也可以顺利上浆；（2）可以不使用或仅使用很少量的表面活性剂就能实现微液滴对纤维的包裹；（3）通过调整上浆剂溶液或乳液浓度，可以很方便的控制上浆量。
4. 表面处理效果表征方法复合材料的界面表征是目前界面研究问题中的一个难题。
对炭纤维表面处理的目的是为了炭纤维与树脂基体做成复合材料的界面可以很好的粘合，并且其力学性能满足实用和设计的要求。
但是表面处理后的粘合效果是否理想，目前还没有一个有效的表征方法，对界面如何合理有效的表征是研究的重点。
虽然目前先进的测试设备和技术已经可以很好的观察到界面的微观结构，但是界面是一个新相，其微观结构与宏观性能的关系并不是一个或两个参数就可以简单的描述的，因此是目前研究的一个难题。
对于炭纤维虽然表面处理后有较深且明显的沟槽有利于与基体的机械嵌合，而且表面由惰性基团变成了亲液性基团，但是对于这种亲液性基团是否就可以提高与复合材料的粘结性，以及层间剪切强度可以得到提高，仍然有待于用一种合理有效的表征手段对其进行表征研究。
4.1 扫描电子显微镜用SEM可以很好的观察纤维表面的形貌特征，观察纤维表面处理前后的形貌变化，而且我们实验室有一套软件可以测试纤维表面的粗糙度，对纤维表面处理前后的形貌进行定量分析和表征。
下图分别为用SEM和AFM观察炭纤维经电化学氧化处理前后的结果图。
4.2 动态力学热分析我们实验室可以利用TMA对炭纤维处理前后进行动态力学的热分析，分析处理前后炭纤维的储能模量的变化情况，北京化工大学的刘杰等人对经电化学氧化的炭纤维进行了动态力学热分析，DMTA 谱图中经电化学氧化处理的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP) 其损耗角正切( tanW) 较未处理的降低30% , 玻璃化温度( Tg) 与tanW峰值的变化可以有效地表征PAN基碳纤维表面处理的效果，经定量计算出的界面粘结参数A和T与CFRP 的层间剪切强度( ILSS) 所反映的碳纤维与树脂间界面粘结效果是一致的。
4.3 XPS分析利用XPS对炭纤维表面进行元素的分析，观察表面的含氧基团变化，北京化工大学刘杰等人利用XPS 分析炭纤维表面化学成分, 结果表明炭纤维经电化学氧化处理后, 其表面羟基含量增加了55% , 活性碳原子数增加了18% , 改善了纤维与树脂基体间的粘结性。
目前对炭纤维处理前后的表征方法中，不管是润湿角的测定还是粗糙度的测定或者以上的表征方法都是在不断的研究和探索阶段，对炭纤维表面是活性碳原子还是所形成的环里边的惰性碳原子，以及亲液性基团是否就是会与树脂基体形成键，又该如何表征，润湿角的测定，粗糙度的测定（实验室的SEM可以测定但是不太精确）等一系列问题亟待解决。
对炭纤维树脂基体复合材料的层间剪切强度的测定是研究炭纤维复合材料界面的一个很重要的方法，目前一直是科学工作者研究的兴趣，但是到目前为止，有很多测定剪切强度的方法，都有一定的局限性，没有一种可以很好的表征手段。
我们实验室袁老师正利用万能拉伸机对炭纤维复合材料测定剪切强度，期望从单根纤维处断裂，分析断裂处的应力-应变曲线，然后利用有限元分析所受的应力，对层间剪切强度进行模拟分析。
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