碳纤维表面改性现状

碳纤维表面改性的目的主要是通过提高碳纤维的表面粗糙程度和表面活性，来改善碳纤维与基体树脂之间的界面粘结性能，使得复合材料界面剪切强度得到提高。

碳纤维的表面处理的大体作用总结为消除碳纤维的表面杂质、增大纤维比表面积；提髙碳纤维对树脂基体的润湿性；在材料表面引进反应性官能团，产生能与树脂基体形成交联化学键；在碳纤维与树脂间形成界面过渡区等。

常见的碳纤维表面处理方法有物理方法和化学方法两大类，其中物理方法主要是通过增大比表面积和粗糙度来改善，提高碳纤维与基体之间界面的物理咬合镶嵌作用。例如涂层法热处理等；而化学方法是利用碳纤维表面化学官能团的增加，提高化学键的结合作用来改善复合材料界面的层间粘结强度，主要的方法有：

1.阳极氧化法；

2.液相氧化法；

3.气相氧化法；

4.等离子体氧化法；

5.接枝法等。

      目前也有将两种或两种以上的方式结合，先后或同时对其碳纤维表面处理，这种方法称之为复合表面处理法。

目前，日本、美国等碳纤维生产大国已经把碳纤维表面改性制作工序列为与聚丙稀腈原丝预氧化、碳化、石墨化等工序影响碳纤维质量的众多因素来考虑，成为碳纤维制备中不可缺少的重要工序组成部分。由于电化学氧化法拥有工艺操作简单、生产连续、处理条件易控等优点，在工业领域上得到了广泛应用。

国外的主要碳纤维生产大企业（日本东丽公司、美国卓尔泰克公司、原R.K公司和德国西格里公司）仍大多采用这种阳极氧化法。由于受一些处理条件和环境的限制，等离子处理法、臭氧处理法等改性方法，还处于试验阶段。而对于量少的碳纤维表面改性，可以采用氧化试剂和空气加热氧化法，这类方法具有间歇性处理，操作简单等优点，但其氧化过程比较剧烈，操作条件不好控制。

我国碳纤维研究起步并不晚，但是发展较缓慢，总生产能力目前还达不到国外的重要的碳纤维生产国的一家公司。主要是因为国产碳原丝在制备过程中存在着众多问题，原料来源大部分为民用腈纶原液，其含杂质量较高，容易造成碳纤维最终性能不稳定，离散系数往往偏大。国产的碳纤维很多没有经过表面处理的这一步骤，制成的复合材料层间剪切强度较低。

目前，主要的研究机构有哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、山东大学、东华大学和中石化等。利用不同的表面处理方法改善碳纤维与树脂基体之间的界面性能，也是改善国产碳纤维性能的一种有效方法，以便制作高性能要求的先进碳纤维复合材料增强体。

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