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碳纤维表面处理方法的原理

澳门赌搏网站大全:2016-04-08 16:51阅读次数:
  碳纤维虽然具有比强度高、比模量高、耐腐蚀、耐高温、抗疲劳、易导电等等优良性能,在航天、军事、工业等得到广泛应用,但是表面没有经过处理的碳纤维惰性比较大,由于缺乏具有化学活性的官能团,与基体的黏结性差,界面中存在较多的缺陷,从而影响了碳纤维的性能。下面澳门赌搏网站大全就来具体了解下碳纤维表面处理的方法。

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  碳纤维表面处理的目的主要是为了防止弱界面层的生产,并且产生适合粘结的表面形态,改善树脂和增强材料的亲和力。碳纤维表面处理的方法一般分为氧化处理和非氧化处理,氧化处理的原理是引入极性基团并消除弱性界面,非氧化处理的原理是沉积更活泼的碳和其他物质。
 
  一、氧化法
 
  ·气相氧化法:气相氧化是利用氧化性气体来氧化纤维表面,从而引入极性基团,并给与适宜的粗糙度来提高复合材料的剪切强度。
 
  ·液相氧化法:液相氧化法主要是将碳纤维浸入到某种氧化性溶液中,通过氧化剂来氧化刻蚀碳纤维表面。使碳纤维表面所含的各种含痒极性基团和沟壑增多,有利于提高碳纤维和树脂之间界面的结合力。
 
  ·气液双效氧化法:气液双效氧化法是指先用液相涂层,后用气相氧化,使碳纤维的自身抗拉强度及其复合材料的层间剪切度均得到提高。
 
  ·电化学氧化法:电化学氧化法就是指的阳极电解氧化法。由于增加了大量的含痒官能团和含氮官能团,提高了碳纤维和环氧树脂的浸润性和反应性,有利于改善碳纤维复合材料的力学性能。
 
  二、非氧化法
 
  ·气相沉积法:气相沉积法是在碳纤维和树脂的界面引入活性炭的塑性界面区来松弛应力,从而提高了复合材料的界面性能。
 
  ·电聚合法:电聚合法是在电场力的作用下使含有活性基团的单位在碳纤维的表面聚合成膜,以改善其表面形态和组成。
 
  ·偶联剂涂层法:偶联剂涂层法所采用的偶联剂为双性分子,它的官能团分别与碳纤维表面和树脂反应生成化学键,起到了化学媒介的作用,将二者牢固的连在一起,从而提高了界面的强度。
 
  ·聚合物涂层法:碳纤维表面涂覆聚铝氧烷,经过高温热处理后,碳纤维表面生成氧化铝涂层,使其抗氧化性能得到提高,可与金属复合制取碳纤维增强金属基复合材料。
 
  ·晶须生长法:生产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。
 
  ·等离子体法:等离子体法主要是通过等离子体撞击碳纤维表面,从而刻蚀碳纤维表层,使其表面的粗糙度增加,表面积也相应增加。
 
  上面所说的各个碳纤维表面的处理方法,是根据不同的原理进行操作的,各有各的特点。非氧化法中,气相沉积法,晶须氧化法,等离子法等方法,国内外仍旧停留在实验阶段,实现工业化生产还有待进一步研究;偶联剂涂层法,聚合物涂层法虽然也能起到一定的提高强度的效果,但是效果不明显;电聚合法工序复杂,操作起来比较繁琐。氧化法中,液相氧化仅适于间歇操作,不适用于长时间的处理;气相氧化法反应时间根据碳纤维的种类和所需氧化程度而定;气液双效氧化法的条件不易控制。相对来说电化学氧化法,不仅大幅提高碳纤维的表面浸润性能和反应性,而且处理条件温和而易于控制,碳纤维的表面处理也很均匀,比较适合应用于生产线上,所以应用前景还是比较乐观的。
 

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