碳纤维表面改性最新研究进展

时间：2025-07-11

·７４·材料导报Ａ：综述篇　上）第２０１２年７月（６卷第７期　２

碳纤维表面改性最新研究进展＊

姚　明，刘志雷，周建萍，涂琴丽

（）南昌航空大学材料科学与工程学院，南昌３３００６３

摘要　　概述了国内外关于碳纤维（电化学氧化、等离子体处理、气液双效法、偶联剂涂层、表面电聚合、溶ＣＦ）胶－凝胶法、化学接枝法等表面改性技术的最新研究进展，讨论了几种改性方法的优缺点和实用性，并着重介绍了利用电子束辐射改性Ｃ希望能为改性ＣＦ的最新进展，Ｆ提供一些新的思路。

关键词　　碳纤维　表面改性　电子束辐射

ＴｈｅＬａｓｔｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒ′ｓＳｕｒｆａｃｅＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　　　　　　　

，，，ＹＡＯ　ＭｉｎＬＩＵＺｈｉｌｅｉＺＨＯＵＪｉａｎｉｎＴＵ　Ｑｉｎｌｉ　　ｇｐｇ

（，Ｎ，Ｎ）ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｉｎｅｅｒｉｎａｎｃｈａｎＨａｎｋｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔａｎｃｈａｎ３３００６３　　　　　ｇｇｇｇｇｙｇ　　　（，，ｐＡｂｓｔｒａｃｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒＣＦ）ｓｕｃｈａｓｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｏｘｉｄａｔｉｏｎｌａｓｍａ　　Ｔ　　　　　　　　　，，，，ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓＧＬＢＥ，ｃｏｕｌｉｎａｅｎｔｃｏａｔｉｎｓｕｒｆａｃｅｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｓｏｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌａｓｗｅｌｌｏｌｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｅｌｒａｆｔｉｎ　　－　　　　ｐｇｇｇｙｐｙｇｇｇ　　ｔｈｅｉｒａｄｖａｎｔａｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｅｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｅｃｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｉｒａｓ　　　　　　　　　　　　　　　－ｇｇｒａｄｉａｔｉｏｎｉｓｅｓｅｃｉａｌｌｅｍｈａｓｉｚｅｄ．ＴｈｅａｒｔｉｃｌｅｉｓｅｘｅｃｔｅｄｔｏｓｏｍｅｎｅｗｉｄｅａｓｆｏｒｔｈｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＣＦ．ｒｏｖｉｄｅ　　　　　　　　　　　　　　　ｐｙｐｐｐ　

，，Ｋｅｗｏｒｄｓａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ　　ｃ　　　　ｙ　

是一种新型的无机纤维材料，其增强树脂基ＣＦ）　　碳纤维（

具有高比模量、高比强度、耐腐蚀、耐高温复合材料（ＣＦＲＰ）等一系列优异性能，已被广泛应用于导弹、宇航、汽车、文体

１］

。但未经处理的Ｃ用品及医疗器材等各个领域［Ｆ表面缺乏

液相氧化处理中又包括电化学氧化和及氧化性等离子氧化，

非氧化改性法包括晶须生长、表面涂敷、非氧化性化学氧化；

［］

等离子刻蚀及化学接枝。而最近Ｎ．Ｔｓｕｂｏｋａｗａ等２利用

［］

ＣＦ本身的芳环结构对ＣＦ进行改性，ＢｏｅＫｉｍ等３对利－Ｈ　ｙ

活性官能团，表面能低，表面惰性大，与基体树脂间的界面结合性差，界面存在较多缺陷，限制了ＣＦ增强复合材料的优异性能的发挥。因此改善ＣＦ的表面性能从而提高其与基体间的结合性能，一直是复合材料领域研究的重点课题之一。ＣＦ的表面改性主要是通过各种手段提高Ｃ改善Ｆ的表面活性，从而达到提高复合材料相其与树脂基体间的界面结合性能，

应性能的目的。本文归纳总结了近几年ＣＦ表面处理技术的最新进展，并着重介绍了利用电子束改性Ｃ希Ｆ的进展情况，望能为ＣＦ的改性提供一些新的思路。

用电子束辐射改性ＣＦ进行了研究。本文主要针对电化学氧化、气液双效法、偶联剂涂层、表面电聚合、溶胶－凝胶法、化学接枝法及电子束辐射改性法等表面改性技术展开讨论。

１．１　电化学氧化

电化学改性处理方法又称为阳极电解氧化法，是利用碳以碳纤维作为阳极，石墨、铜板或镍板等作纤维的导电性能，

在直流电场的作用下，以不同的酸碱盐的溶液作为为阴极，

电解液，对碳纤维进行表面改性的方法。电化学氧化提高纤

４］

：维与树脂间的界面强度的机理主要有［①电化学氧化可除

１　表面处理技术

／基体间的界面性能有十分重要的影ＣＦ表面处理对ＣＦ

响，特别是在提高ＣＦ和基体间粘结力方面。目前国内外针对碳纤维改性的研究十分活跃，各种改性方法的主要目标有形成微孔或刻蚀沟槽；以下几点：Ｆ表面造成刻蚀，①对Ｃ②在ＣＦ表面引入极性基团或活性反应官能团；③形成与基体树脂间粘附力强的中间层；④从类石墨结构改性为碳状结构以增加表面能。

目前所采用的改性方法主要有氧化改性法和非氧化改性法，其中氧化改性法又包括气相氧化处理、液相氧化处理