碳纖維氧化法表面改性的研究

123,123

　　碳纖維復(fù)合材料氣相氧(Oxygen)化法碳纖維是性能非常優(yōu)良的材料，在高端產(chǎn)品上有著非常廣泛(extensive)的應(yīng)用。碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性，因此碳纖維制品的強(qiáng)度大，硬度高，遠(yuǎn)超過(guò)同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此，碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。也正是因?yàn)槿绱?，此前世界上碳纖維技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家（美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)），對(duì)于向中國(guó)輸出碳纖維產(chǎn)品和技術(shù)，保持著極其謹(jǐn)慎的態(tài)度。即使在目前，我國(guó)碳纖維以及碳纖維制品的進(jìn)口，還受到發(fā)達(dá)國(guó)家的嚴(yán)格控制。在碳纖維加工過(guò)程(guò chéng)中，由于碳纖維材料外部光滑、化學(xué)活性低、低能、惰性大所以材料呈現(xiàn)反應(yīng)活性低、難以粘結(jié)、濕潤(rùn)度低等不好的地方，在和樹(shù)脂結(jié)合的過(guò)程當(dāng)中存在這非常多壁壘(rampart)，限制（limit）了使用空間。因此碳纖維表面處理是提升和保障碳纖維制品性能的必要途徑，碳纖維氧化處理改性是最常用的方式方法，下面新材來(lái)對(duì)這種方法的研究（research)做一下介紹。 copyright 123456
 
 
　　碳纖維氣相氧(Oxygen)化法
 
　　氣相氧(Oxygen)化法表面改性方法、液相氧化法表面改性方法和電化學(xué)氧化法表面改性方法是常用的氧化處理方法。碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性，因此碳纖維制品的強(qiáng)度大，硬度高，遠(yuǎn)超過(guò)同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此，碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。也正是因?yàn)槿绱?，此前世界上碳纖維技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家（美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)），對(duì)于向中國(guó)輸出碳纖維產(chǎn)品和技術(shù)，保持著極其謹(jǐn)慎的態(tài)度。即使在目前，我國(guó)碳纖維以及碳纖維制品的進(jìn)口，還受到發(fā)達(dá)國(guó)家的嚴(yán)格控制。在氣相氧化過(guò)程中，通常是使用氧化劑的氧化作用，使纖維表面在部分氧化作用下發(fā)生改變。其中氧氣、臭氧、空氣及二氧化碳等含氧氣體是常用的氧化劑。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)氣相氧化處理的碳纖維，其斷裂強(qiáng)度得到了明顯的提高，可提高11%一13%。氧化條件的不同，對(duì)復(fù)合材料(Material)的力學(xué)性能影響也不同，例如:高溫氧化或急速氧化均對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能造成不利的影響，會(huì)在碳纖維表面明顯地形成許許多多凸凹不平的溝槽，從而使與其復(fù)合的材料力學(xué)性能有所降低（reduce)。氣相氧化法具有設(shè)備(shèbèi)簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間短、易連接、無(wú)污染、連續(xù)（Continuity)處理等優(yōu)點(diǎn)。

copyright 123456

 
　　碳纖維液相氧化（oxidation)法
 
　　液相氧(Oxygen)化法是提高碳纖維/樹(shù)脂復(fù)合材料強(qiáng)度的另一種有效的方法。此方法是通過(guò)(tōng guò)用硝酸、酸性高錳(manganese)酸鉀(Potassium)等溶液作用于碳纖維表面，使碳纖維表面形成微孔或刻蝕溝槽來(lái)增加其表面能。液相氧化法相對(duì)于氣相氧化法來(lái)說(shuō)，作用比較溫和，不會(huì)使碳纖維表面形成過(guò)度的凹坑和裂解等現(xiàn)象。其中，硝酸是液相氧化中使用最多的溶液，常用的是濃硝酸和不同濃度的硝酸。
 
　　在一定時(shí)間內(nèi)，碳纖維被濃硝酸(分子式為HNO3)和具有一定濃度的硝酸進(jìn)行表面處理(chǔ lǐ)，處理后，其拉伸強(qiáng)度得到顯著（striking）地增強(qiáng)，但時(shí)間超過(guò)臨界值時(shí)又會(huì)急劇下降。碳纖維生產(chǎn)傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。處理后的碳纖維表面的梭基等基團(tuán)隨著處理時(shí)間和溫度增大而增多，除此外，還同時(shí)受環(huán)境溫度和試驗(yàn)時(shí)間影響，纖維斷裂（fracture)強(qiáng)度會(huì)在當(dāng)溫度超過(guò)10090，時(shí)間超過(guò)2h時(shí)明顯下降。利用此方法改性后的碳纖維，在表面形成明顯的刻蝕溝槽，比表面積大大地增加，從而，利用此方法改性后的碳纖維與其他材料品質(zhì)復(fù)合時(shí)，其粘結(jié)強(qiáng)度得到了大大的提高。液相氧(Oxygen)化法的使用由于其排出的大量廢酸液會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染、操作比較麻煩而受到了很大的限制（limit）。所以液相氧化法多用于間歇表面處理和研究（research)表面處理的機(jī)理。

copyright 123456

??