碳纤维表面处理及其复合材料界面优化的研究Ⅰ．低温等离子处理对碳纤维表面的作用

通过碳纤维表面的扫描电镜观察与复丝力学性能测定，发现等离子处理对纤维的模量几乎没有影响，而强度随着处理功率的增加和时间的延长稍有下降，在外观上仅表现为纤维表面纵向沟槽的加深。氩气等离子比氧化性空气等离子的损伤小。通过碳纤维表面的Ｘ射线光电子能谱分析，结合喇曼光谱的研究，还发现等离子处理的有效深度达到１５ｍｍ左右。其作用是蚀刻去碳纤维表面脂肪链结构，产生石墨等晶体结构富集的高能表面。     

碳纤维表面处理及共复合材料界面优化的研究：II.低温等离…

采用毛吸浸润性，研究了氧等离子及氩等离子处理对聚丙烯腈基碳纤维表面浸润特性的影响。发现了等离子处理可以使碳纤维表面对水的浸润性能大为改善，氧等离子处理效果更为明显。对在碳纤维表面预涂不饱和酸酐，经等离子处理可产生接枝的现象进行了验证，并发现接枝马来酸酐后浸润性能反而比原纤维有所下降。经等离子处理的纤维随其接触空气时间的延续，表面浸润性能不断退化，纤维对水的接触角呈曲折形式逐步增加。     

碳纤维表面处理及其复合材料界面优化的研究Ⅱ．低温等离子处理对碳纤维表面浸润特性的影响

采用毛吸浸润法，研究了氧等离子及氩等离子处理对聚丙烯腈基碳纤维表面浸润特性的影响。发现了等离子处理可以使碳纤维表面对水的浸润性能大为改善，氧等离子处理效果更为明显。对在碳纤维表面预涂不饱和酸酐，经等离子处理可产生接枝的现象进行了验证，并发现接枝马来酸酐后浸润性能反而比原纤维有所下降。经等离子处理的纤维随其接触空气时间的延续，表面浸润性能不断退化，纤维对水的接触角呈曲折形式逐步增加。     

碳纤维表面处理及其复合材料界面优化的研究：V.碳纤维表面…

利用等离子处理方法，在碳纤维表面引入羟基，由氧化还原反应引发丙烯酸、丙烯酰胺等单体的聚合，可产生厚达３００ｎｍ的接枝层。通过ＦＴ－ＩＲ、ＸＰＳ、ＳＥＭ以及力学性能的研究发现，碳纤维接枝后与等离子处理情况相反，强度及延伸率有明显增加，而模量却下降。     

碳纤维表面处理及其复合材料界面优化的研究Ⅴ．碳纤维表面等离子法接枝处理

利用等离子处理方法，在碳纤维表面引入羟基，由氧化还原反应引发丙烯酸、丙烯酰胺等单体的聚合，可产生厚达３００ｎｍ的接枝层．通过ＦＴ－ＩＲ、ＸＰＳ、ＳＥＭ以及力学性能的研究发现，碳纤维接枝后与等离子处理情况相反，强度及延伸率有明显增加，而模量却下降．     

纤维增强PET复合材料等温结晶行为的研究

用差示扫描量热法研究了玻璃纤维、碳纤维、Kevlar 浆粕等增强纤维对PET等温结晶动力学参数的影响,发现增强纤维的引入能促进PET的结晶,其效果与纤维种类有关,以碳纤维最好,Kevlar浆粕次之;玻璃纤维最差.同时还比较了等离子处理增强纤维及成核剂对PET结晶行为的影响.通过对体系的结晶形态研究发现,增强纤维的引入没有改变PET的结晶形态,但纤维表面的晶核密度比基体大而形成一层柱状的微晶区.     

碳纤维表面处理及其复合材料界面优化的研究：Ⅶ.碳纤维单…

研究了不同处理的碳纤维单丝在环氧树脂基栖中拉伸时的现象及界面剪切强度。拉伸时发现，氧等离子处理纤维的界面附近会出现明显的光弹现象，未处理纤维没有明显的单弹现象，而接枝纤维只在界面上有较弱的光弹线。由拉伸一纤维的平均断裂长度得知，氧等离子处理碳纤维界面结合强度已超过了基体树脂的自身强度，因而产生许多垂直于纤维轴向的裂缝。接枝纤维的界面结合强度，在拉伸时虽然也超过了基体树脂的自身强度，但并不产生垂直于     

碳纤维表面处理及其复合材料界面优化的研究：Ⅲ.碳纤维表面…

建立了以１，１－二苯基－２－苦基肼（ＤＰＰＨ）为探针，用紫外可见光分光光度计分析碳纤维表面酚羟基、醌基和游离基和新方法。并对该方法进行了论证和误差分析，得知该方法的分析灵敏度达１０＾－８～１０＾－７ｍｏｌ数量级，且误差不超过±１％。利用该方法发现，裸碳纤维表面酚羟基很容易在较高的温度下氧化，外涂层碳纤维表面拥有酚羟基比裸纤维要多。此外，等离子处理将使碳纤维表面产生相当多的游离基或能迅速分解为游离基     

碳纤维表面处理及其复合材料界面优化的研究Ⅶ．碳纤维单丝受力状态下的界面结合状态

研究了不同处理的碳纤维单丝在环氧树脂基体中拉伸时的现象及界面剪切强度．拉伸时发现，氧等离子处理纤维的界面附近会出现明显的光弹现象，未处理纤维没有明显的光弹现象，而接枝纤维只在界面上有较弱的光弹线．由拉伸后纤维的平均断裂长度得知，氧等离子处理碳纤维界面结合强度已超过了基体树脂的自身强度，因而产生许多垂直于纤维轴向的裂缝．接枝纤维的界面结合强度，在拉伸时虽然也超过了基体树脂的自身强度，但并不产生垂直于轴向的裂缝，表现出优化界面的特征．     

碳纤维表面处理及其复合材料界面优化的研究Ⅲ．碳纤维表面官能团高精度分析法

建立了以１，１－二苯基－２－苦基肼（ＤＰＰＨ）为探针，用紫外可见光分光光度计分析碳纤维表面酚羟基、醌基和游离基的新方法。并对该方法进行了论证和误差分析，得知该方法的分析灵敏度达１０￣（－８）～１０￣（－７）ｍｏｌ数量级，且误差不超过±１％。利用该方法发现，裸碳纤维表面酚羟基很容易在较高的温度下氧化，外涂层碳纤维表面拥有的酚羟基比裸纤维要多。此外，等离子处理将使碳纤维表面产生相当多的游离基或能迅速分解为游离基的基团。     

碳纤维表面处理及共复合材料界面优化的研究：Ⅳ.等离子处理…

利用二苯基苦基肼分析法发现，等离子处理后碳纤维表面上将产生２～６个／ｎｍ＾２游离基。它们会在３０ｈ内转化成其它基团，再复转为酚羟基后慢慢消失。等离子处理的作用一方面可导致游离基或介稳基团的产生，另一方面又不断消除它们。提高处理功率或延长处理时间在一定程度上有利于基团的形成，但超过一定的限度后反会适得其反。利用等离子处理产生的游离基可使碳纤维在参与乙烯基单体聚合时，产生接枝聚合分子链。     

碳纤维表面处理及其复合材料界面优化的研究Ⅳ．等离子处理对于碳纤维表面官能团的影响

利用二苯基苦基肼分析法发现，等离子处理后碳纤维表面上将产生２～６个／ｎｍ￣２游离基．它们会在３０ｈ内转化成其它基团，再复转为酚羟基后慢慢消失．等离子处理的作用－方面可导致游离基或介稳基团的产生，另一方面又不断消除它们．提高处理功率或延长处理时间在一定程度上有利于基团的形成，但超过一定限度后反会适得其反．利用等离子处理产生的游离基可使碳纤维在参与乙烯基单体聚合时，产生接枝聚合分子链．     

电化学表面处理对粘胶基碳纤维热稳定性的影响

通过热失重分析研究了在不同电化学表面处理条件下粘胶基碳纤维的热稳定性，实验表明未经表面处理的碳纤维在复合材料中的最高使用温度大约为300℃，而表面处理过的粘胶基碳纤维在复合材料中的最高使用温度下降了。因而在选择电化学表面处理条件时，既要考虑使表面性能提高，也要使纤维的热稳定性没有大的下降。     

碳纤维表面处理及其复合材料界面优化的研究：VI.碳纤维复…

通过扭转力学、层间剪切强度（ＩＬＳＳ）、微量冲击、ＳＥＭ等研究发现，未处理碳纤维复合材料的界面结合强度已经弱到不能有效传递载荷的地步，而１００ｎｍ厚接技碳纤维复合材料却具有优良的整体性和ＩＬＳＳ，在冲击过程中有足够的弹性承载能力和一定的纤维拔出与界面脱粘可能，从而有较高的抗冲击性能。氧等离子处理纤维复合材料的界面结合过强，冲击时几乎没有纤维拔出和滑移，也就没有很高的抗冲击能力和ＩＵＬＳＳ。     

碳纤维表面处理及其复合材料界面优化的研究Ⅵ．碳纤维复合材料的界面结合

通过扭转动态力学、层间剪切强度（ＩＬＳＳ）、微量冲击、ＳＥＭ等研究发现，未处理碳纤维复合材料的界面结合强度已经弱到不能有效传递载荷的地步，而１００ｎｍ厚接技碳纤维复合材料却具有优良的整体性和ＩＬＳＳ，在冲击过程中有足够的弹性承载能力和一定的纤维拔出与界面脱粘可能，从而有较高的抗冲击性能。氧等离子处理纤维复合材料的界面结合过强，冲击时几乎没有纤维拔出和滑移，也就没有很高的杭冲击能力和ＩＬＳＳ。     

电化学处理程度对碳纤维结构及性能的影响

采用质量分数为5%NH4HCO3溶液对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行不同程度的电化学处理。采用X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)表征电化学处理前后碳纤维表面化学成分和表面微观结构的变化规律。将碳纤维样品与环氧树脂制成复合材料,探究该复合材料的层间剪切强度(ILSS)。研究结果表明:经过3组电化学处理后,碳纤维表面含氧官能团增多、表面有序度下降、复合材料的ILSS提高1.94倍;继续经过3组电化学处理,碳纤维表面含氧官能团下降、表面有序度回升、复合材料的ILSS提高1.53倍;纤维表面含氧官能团含量越多,纤维的结构破坏程度越低,碳纤维/环氧树脂复合材料的ILSS越高。在大规模电化学处理碳纤维过程中,选择3组电化学处理碳纤维,既能大幅度改善碳纤维表面活性,又不会严重影响碳纤维的表面结构。     

东丽碳纤维不同去浆处理条件下的性能分析

通过高温烧蚀法、酸腐蚀法和丙酮浸泡法对东丽碳纤维进行了去浆处理,对碳纤维去浆前后进行了扫描电镜(SEM),激光共焦显微拉曼光谱仪(Raman),原子力显微镜(AFM)和单丝拉伸强度测试,并对Raman测试条件下的碳纤维的结晶峰(G峰)和结构无序峰(D峰)进行了计算。通过高温烧蚀法处理过的碳纤维表面会存有一层残渣,并且高温会渗透到碳纤维内部,破坏碳纤维原有的结晶行为,从而使碳纤维单丝强度降低;而通过酸腐蚀法处理过的碳纤维表面相对光滑,在处理的过程中,加热的酸液会腐蚀碳纤维表面的环氧浆料,在浆料去除之后会进一步腐蚀碳纤维表面,并在碳纤维表面形成少量的沟槽,这不利于保持碳纤维原有的高性能拉伸强度;而通过丙酮浸泡法处理后的碳纤维束在外观上相对松散,纤维表面光滑,由于是在室温条件下进行,温度不会对碳纤维内部的有序结晶进行破坏,碳纤维单丝强度损失量较以其他去浆方式小。     

溶胶固化法制备碳纤维-锂铝硅玻璃陶瓷复合材料

采用溶胶-凝胶工艺，在预处理的碳纤维表面涂覆了SiO2与Li2O-Al2O3-SiO2膜。研究了纤维表面不同预处理及溶胶的性质对碳纤维维润湿性的影响，借助扫描电镜规察了涂膜前后碳纤维的表面形貌，发现氧华物膜与纤维结合良好，膜厚约≤1μm。由溶胶-凝胶工艺制备的碳纤维-锂铝硅玻璃陶瓷复含材料，其三点抗弯强度与断裂韧性分别为646MPa与20.1MPa·m^1/2。并对影响复合材料强度的界面因素进行了讨论。     

改性和温度对织物增强混凝土界面性能的影响

为了研究界面改性和温度对织物增强混凝土（Textile Reinforced Concrete，TRC）界面性能的影响，分别采用环氧树脂、硅烷偶联剂及纳米二氧化硅（SiO2）对纤维表面进行处理，并通过电镜扫描和拔出试验测试处理后纤维微观形貌和TRC试件在25 ℃、100 ℃及200 ℃ 下的宏观力学性能 . 试验结果表明：纳米 SiO2 浸渍和环氧树脂涂层均明显改善碳纤维束在水泥基体中的界面黏结性能 . 纳米 SiO2颗粒能浸入纤维束内部，改善内部纤维丝与基体间的应力传递，同时纳米SiO2与氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶，提高其黏结性能. 硅烷偶联剂处理可以增加纤维表面粗糙程度，提高纳米 SiO2 在纤维表面的附着量，从而进一步提升纤维与基体的界面黏结强度. 在100 ℃ 和200 ℃ 下纳米 SiO2浸渍的碳纤维束界面强度显著高于环氧树脂浸渍的. 本研究将为TRC力学性能设计和热稳定性提升方法提供参考.     

冷等离子处理碳纤维及其复合材料的性能

本文主要介绍了以冷等离子处理的碳纤维复合多并苯材料。实验表明:以冷等离子处理的碳纤维复合多并苯,不仅具有良好的机械性能,而且还具有较好的电性能。扫描电镜(SEM)和X—射线衍射分析表明,冷等离子处理是改善和提高碳纤维与多并苯复合材料性能的有效方法。