基于尼龙复合材料的碳纤维表面改性研究

干燥的修改

(1)气相氧化法
气相氧化法是将CF直接置于氧化气体中进行表面氧化处理。气相氧化法简单、经济、实用，对纤维改性效果好。该方法主要对CF表面进行氧化处理，使CF表面更加粗糙，提高CF与PA树脂基体之间的机械锁紧力。同时，活性官能团的引入增加了CF的表面能和CF与PA基体之间的化学键合力。例如，用空气对CF表面进行氧化处理，可以提高改性CF的表面粗糙度和比表面积，增加CF与PA基体之间的机械联锁力;纤维表面形成的羧基(- COOH)和羟基(- OH)官能团容易与PA基体中的酰胺键发生反应，联锁力和化学键合力可有效提高CFRPA的界面结合力。除空气外，臭氧(O3)也可作为氧化剂氧化CF表面，在CF表面引入- COOH，提高CF与PA6基体之间的润湿性，增强CF与基体之间的界面附着力。

(2)血浆氧化法
血浆氧化是CF改性的重要方法。血浆处理后CF表面形成- Oh、醚、羰基等活性官能团。目前，最常用的方法是用低温等离子体对CF表面进行改性。空气等离子体处理后，CF表面可形成大量含氧极性官能团，提高了CF的表面活性，提高了纤维与PA基体的润湿性和相互作用力。同时，这种改性方法不会对CF的强度产生不利影响。通过氧等离子体对CF表面进行改性，可以对CF表面进行氧化和蚀刻。同时，CF表面含氧活性基团的含量增加，CF与PA基质之间的润湿性得到改善。

(3)辐照处理方法
放射治疗作为一种高分子改性的高新技术，具有环保、节能、高效、工艺简单等优点。该技术可以在不损失CF本身强度的情况下，有效地增强CF与PA基体之间的界面附着力。辐照光源包括x射线γ电子束、微波和紫外光。γ射线辐照后的CF表面比未改性的CF表面变得更粗糙，这增加了CF与PA基体之间的机械联锁力。

辐照处理可以提高CF的表面活性，但过度辐照会破坏CF的表面结构，进而影响复合材料的界面粘附。因此，辐照剂量的控制对复合材料改性的成功起着重要的作用。

与其他表面处理方法相比，辐照处理具有明显的优势。该方法高效节能，操作简单，不会在CF表面引入其他杂质。最重要的是，适当的辐照处理不会破坏纤维本身的内部结构和力学性能。然而，辐照治疗还有其他缺点，例如设备昂贵;CF改性的机理尚不完全清楚，改性结果也不确定。虽然这种改性方法存在一些不足，但随着科学技术的进步，它将受到越来越多的关注。

湿法改性

(1)液相氧化法
液相氧化法是将CF置于强酸(如浓硝酸)溶液中，使纤维表面氧化生成- COOH和- OH基团，从而提高CF的表面活性。同时，强酸会腐蚀CF的表面，增加表面粗糙度，甚至在表面形成腐蚀孔，增加CF与基体之间的机械锁紧力。一般来说，用红外光谱、傅里叶变换红外衰减全反射和XPS分析强酸改性后的CF表面。

CF在强酸氧化过程中表面粗糙度增大，其表面会形成凹坑、微裂纹等缺陷，使单个CF的强度降低。

(2)阳极电解氧化法
电化学改性是CF表面改性的另一种重要方法。在阳极电解氧化法中，CF用作阳极，而阴极通常是石墨。CF表面经电解氧化形成含氧官能团，提高了CF的表面能和粗糙度。如以碳酸氢铵为电解液，CF为阳极对CF进行改性，可以对CF表面进行蚀刻。阳极氧化处理后的纤维表面粗糙度明显高于未处理的纤维，CF与PA基体之间的相互作用力增大;另一方面，纤维表面的含氮和含氧官能团增加。这些基团的出现提高了CF表面的润湿性，增加了CF的表面活性，能较好地改善CF与PA树脂基体之间的粘附性。

(3)施胶处理
施胶处理可以在纤维表面引入大量的活性官能团，提高CF的表面活性，产生的官能团会进一步与基体发生反应，从而使纤维与树脂基体结合更加紧密。这种方法不会在纤维表面造成缺陷，也不会影响其抗拉强度。

施胶剂的选择很重要。其与CF和树脂基体的相容性直接决定了CF与基体的粘附性。因此，CF分级是一个非常复杂的过程。当施胶剂扩散到聚合物基体中时，会影响复合材料的界面强度。界面强度的增加或降低取决于它们之间的相容性。

在CF表面涂布施胶剂可有效提高CF与树脂基体的界面附着力，且不会对CF本身的优异性能产生不利影响。然而，不同的基材需要不同的涂层材料才能达到最佳的改性效欧宝官网首页果。目前，对施胶剂的选择尚无系统的理论。研究开发适应性好、效率高、更环保的施胶剂是今后发展的重点。

纳米材料的多尺度改性欧宝官网首页

在CF表面附着“多尺度”纳米材料是一种有效的改性方法，可以欧宝官网首页提高纤维表面的化学活性，增加纤维与树脂基体的润湿性，提高CF与PA之间的界面附着力。用纳米材料修饰纤维表面主要有两种方法。欧宝官网首页一种方法是通过简单的浸涂法将纤维浸入含有纳米材料的悬浮液中。欧宝官网首页另一种方法是通过化学气相沉积(CVD)和注入化学气相沉积(ICVD)等沉积欧宝官网首页技术将这些纳米材料直接接枝到纤维表面。这两种技术各有优缺点。例如，后者可以提高纤维/基体界面结合强度，但会降低单纤维强度。而通过浸涂法在CF表面引入纳米材料，可以增加CF的表面粗糙度，改变C欧宝官网首页F纤维的表面活性，从而增强CF与PA之间的化学键结合力。

石墨烯和碳纳米管(CNTs)可用于改性CF表面。将氧化石墨烯(go)以六亚甲基二异氰酸酯(HDI)作为偶联剂接枝到CF表面，可以提高纤维表面的活性，并改善纤维与PA基体之间的界面附着力。改性CFRPA复合材料的界面抗剪强度(ifs)比未改性CFRPA复合材料提高约40%。

CNTs由于其优异的力学性能和导电性，常被用作提高复合材料力学性能和导电性的添加剂。在CF表面接枝CNTs可以有效地改善CF增强复合材料的界面性能。目前，研究主要集中在CF接枝CNTs对CF增强环氧树脂复合材料界面的影响。在纤维表面接枝CNTs可以有效提高纤维的表面积，增强CF与PA基体之间的机械联锁力，促进基体与纤维之间的应力传递;在将CNTs接枝到CF表面的过程中，会引入大量的活性官能团，提高CF和PA基体的润湿性，并在纤维与基体之间形成大量的化学键，从而提高复合材料的界面附着力。接枝CNTs的CF表面的最终修饰效果取决于CNTs在CF表面的均匀分布程度以及CNTs与CF的结合强度。