碳纤维表面研究及表面处理-PPT

碳纤维表面研究及表面处理1碳纤维简介碳纤维的表面研究碳纤维表面处理的目的几种碳纤维的表面处理方法2一、碳纤维简介碳纤维：由有机纤维或低分子烃气体原料在惰性气氛中经高温（1500℃）碳化而成的纤维状碳化合物，其含碳量在90%以上。碳纤维结构复合材料由于具有质轻、比强度和比模量高、热膨胀系数小、性能可设计等优势而被广泛应用于体育、医疗器材、航空、航天等领域。3碳纤维的结构

沥青基石墨纤维端口，石墨片从芯部向外经向辐射，纤维表面有较浅的沟槽

石墨的六方晶体结构理想的石墨点阵属六方晶系，真实的碳纤维结构属于乱层石墨结构。4碳纤维复合材料的性能由纤维、基体和界面层三个主要组成部分决定。

a.碳纤维是增强体，为主要的承力结构。

b.树脂基体可以传递和承受剪切应力，保护纤维不受损伤和腐蚀。

c.界面是增强相和基体相的中间相,是增强相和基体相连接的桥梁,也是应力及其他信息的传递者。

因此如何提高复合材料各组份间结合性,充分利用界面效应的优越性能,一直是复合材料领域重点研究课题之一。5二、碳纤维的表面研究碳纤维表面有很多孔隙、凹槽、杂质及结晶等，主要由碳和少量的氮、氧、氢等元素组成。

（PAN碳纤维中的碳含量约95%，石墨纤维碳含量达99%以上）

碳纤维表面只含碳、氢、氧元素，未经表面处理的碳纤维表面约含有16.5%羟基、3.4%羰基，由于极性基团的含量很少，不利于其与基体树脂的粘结。碳纤维SEM形貌复合材料界面相6三、碳纤维表面处理的目的提高碳纤维复合材料中碳纤维与基体的结合强度第一，防止弱界面层（Weakboundarylayer）的生成。a.所吸附的杂质、脱模剂等；b.界面层老化时形成的氧化层、水合物层等；c.与基体的不充分浸润而所束缚的空气层等。第二，产生适合于粘结的表面形态。增加表面粗糙度有利于碳纤维与基体树脂的机械嵌合,增强锚锭效应。第三，改善树脂和增强材料的亲和力。

引进具有极性或反应性官能团，及能与树脂起作用的中间层，如—COOH，—NH2，—OH等。7四、碳纤维表面处理方法碳纤维表面氧化处理气相氧化法液相氧化法催化氧化法非氧化处理气相沉积法电聚合法偶联剂涂层法聚合物涂层法晶须生长法等离子体法沉积更活泼的碳和其他物质引入极性基团并消除弱界面层8大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点9碳纤维表面处理后层间剪切强度(ILSS)的提高情况

10等离子处理11等离子体处理对碳纤维表面性质的影响

a.等离子体处理时间对碳纤维表面元素组成的影响不同处理时间下碳纤维的化学结构分析12b.等离子体处理对纤维表面形貌的影响未处理碳纤维表面的AFM照片经等离子体处理后碳纤维表面的AFM照片13等离子体处理对复合材料层间剪切破坏断面的SEM分析未经等离子体处理等离子处理后14等离子体处理的优点：a.可以在低温下进行,避免了高温对纤维的损伤；b.处理时间短,几秒钟就能获得所需要的效果；c.经改性的表面厚度薄，可达到几微米，因此可以做到使材料表面性质发生较大变化，而本体相的性质基本保持不变。15气相氧化法通过氧化纤维表面，从而引入极性基团，并给予适宜的粗糙度，来提高复合材料界面的粘接强度和材料的力学性能。介质：热空气或其中混合了一定量的空气、O2、O3、CO2、CO、SO2、水蒸气等气体的混合气体。处理温度：一般400-600℃。反应时间：根据碳纤维的种类和所需氧化程度而定。16石墨纤维的表面处理优点：设备简单，反应时间短，容易和CF生产线衔接起来，无污染，可连续处理。缺点：反应较难控制，易使纤维纵深氧化，使CF拉伸强度损伤大。处理时应避免过度氧化17液相氧化处理常用的处理方法之一，主要是去掉碳纤维表面的弱界面层WBL，引入各种极性官能团而提高复合材料的界面粘接性能。最常用的氧化剂：硝酸

用硝酸氧化碳纤维,可使其表面产生羧基、羟基和酸性基团,氧