改性與改型
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                                            碳纖維5大類表面改性方法及特點!
                                            來源:中國粉體技術網    更新時間:2024-01-17 15:13:27    瀏覽次數:
                                             
                                              碳纖維(CF)作為一種新型的復合增強材料,現在已經廣泛應用于各種行業,因此備受關注。但CF表面比較光滑且無活性基團,纖維表面呈現化學惰性,所以纖維的親水性、與基體粘附性比較差,易脫落。因此,需要改善CF與基體增強界面。
                                              
                                              到目前為止,碳纖維常見的表面改性方法主要有涂層改性、表面接枝改性、氧化改性、等離子體改性以及聯合改性等,其中氧化處理和表面接枝處理是比較受歡迎的方法。通過這些改性方法提高纖維的潤濕性、化學粘結、與基體間的機械互鎖,形成過渡層,促進應力均勻傳遞,減輕應力集中。
                                              
                                              碳纖維表面光滑、活性基團少、與基體黏附不牢。在平時的應用中,需要提高附著率,一種是通過物理作用使光滑的碳纖維表面變得粗糙,產生溝槽或小孔增大與基體材料的接觸面積,聚合物或納米顆??梢蕴畛湓诶w維表面的溝槽中,纖維和聚合物可以在固化后通過纖維表面的粗糙形態機械地鎖定在一起,導致纖維和基體間的機械聯鎖效果明顯,有利于提高界面強度。另一種是化學作用,在碳纖維表面增加活性官能團,通常是羥基、羧基、環氧樹脂和氨基,使纖維與基體化學鍵合。到目前為止,共價鍵被認為是纖維-樹脂鍵合的最強類型。此外,化學鍵不僅指共價鍵,還包括氫鍵、酸堿等化學鍵相互作用。
                                              
                                              1、涂層改性
                                              碳纖維涂層改性通過噴涂、物理或化學沉積、聚合物、溶膠-凝膠法和涂層工藝,可以覆蓋多種材料,如金屬鹽、金屬合金、碳納米材料等。涂層后,CFs的表面具有不同的性能。CF復合材料的界面力也可以得到提高。
                                              
                                              2、表面接枝
                                              碳纖維表面接枝是一種自底向上,被大量研究的CFs改性方法。與表面氧化和涂層的方法相比,表面接枝可以使接枝聚合物與CF表面具有更好的附著力。通過輻射或化學反應,在CFs表面觸發接枝反應,在CFs表面引入具有官能團的聚合物,提高了復合材料的界面強度。
                                              
                                              3、氧化處理
                                              
                                              碳纖維氧化處理是一種簡單的改性方法,不僅增加了CF表面的孔隙分布和孔徑,而且還引入了不同濃度的含氧官能團,對材料界面粘合度和固定化效率(IE)有明顯的影響。這種方法采用在CF表面形成酸性官能團,含氧官能團的引入可以改善CF表面親水性差的缺點,隨著親水性的提高,生物相容性也會提高。
                                              
                                              4、等離子體處理
                                              等離子體處理是對包括碳材料在內的多種材料的突出和成功的處理方法。利用足夠高能量的等離子體撞擊CF表面,使表面發生化學鍵斷裂和重組,從而改善碳纖維的表面結構和性能,以實現CF與基體材料之間的良好粘合。等離子體處理具有操作簡單、效率高、綠色環保等優點。
                                              
                                              5、聯合改性
                                              上述幾種單一改性方法或多或少都存在缺陷。例如,涂層改性的CF,涂層與CF之間的粘附性低,在制造過程中需要使用溶劑,制備效率低,難連續生產;等離子體處理設備投資昂貴;在濕式化學氧化和電化學處理中不可避免會產生一些液體污染,在氣相氧化中應精確控制改性條件,以防止過度氧化會破壞CF的內部結構,并且納米材料或接枝聚合物用于改性碳纖維表面復雜。
                                              
                                              大多數傳統的碳纖維處理方法認可纖維/基體界面強度以提高復合材料的效用,但代價是單纖維強度損失顯著。為了滿足未來實際應用中對更高性能CF復合材料的需求,尋找CF復合材料的界面結構優化方法是必不可少的。
                                              
                                              因此,在進行碳纖維表面改性時,采用多種改性方法聯合改性,可避免單獨使用時的缺點,還可將優點相互結合,是未來碳纖維表面改性處理的主要方向。
                                              
                                              資料來源:《陳思魁,郭榮輝.碳纖維表面改性的研究進展[J].紡織科學與工程學報,2023,40(03):94-100+112》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
                                              
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