2020年01
月
张安花（厦门新凯复材科技有限公司，福建厦门361021）
日本豆乳摘要：碳纤维具有耐高温、导电、导热、耐腐蚀等性能，可制作成各种复合材料产品，应用于不同领域中。为提升航空复合材料强
度，研究使用浓硝酸、浓硝酸超声处理碳纤维表面，经处理会影响碳纤维表面的微结构、表面化学组成，达到增强复合材料性能效果。关键词：碳纤维；表面处理；复合材料性能 碳纤维主要和树脂等材料复合，具有增强作用，可制造出更先进的复合材料。但因类石墨结构其表面存在一定化学惰性，很难浸润树脂及化学反应，表面难与树脂结合，进而影响复合材料强度。故需改变碳
民主社会主义纤维表面性质，以增加碳纤维表面的极性官能团及表面活化，进而更容易浸润和发生化学反应，使复合材料界面更紧密连接而增加强度。通常采用偶联剂涂层法、氧化法、等离子等处理方法.在航空领域因耐燃效果需求高使用酚醛树脂，而市面上的碳纤维较少有偶联剂涂层适用酚醛树脂，本文研究液相氧化法与超声协同处理碳纤维表面，达到增加酚醛树脂碳纤维复合材料强度。利扎曲普坦
1实验方法
1.1碳纤维表面处理方法
（1）碳纤维表面的上浆剂脱除选用PAN 基碳纤维，型号为Toray T700，使用乙醇/丙酮进行回流处理，其体积比为1:1，处理时间为48h ，将碳纤维表面的上浆剂(即偶合剂)脱除
（2）脱浆后碳纤维再进行表面处理处理方法有两种：第一，在浓硝酸中浸泡，温度为60℃，处理时间为2h ；第二，浓硝酸超声处理2h ，浓度为65%，250E II 型超声波，功率和频率分别为250W 和40kHz 。所有处理工作的结束后，去离子水清洗碳纤维，使其为中性，再在真空中烘干，温度为80℃，直到碳纤维恒重量为止。
1.2复合材料制备
采用碳纤维与PF475酚醛树脂制成复合材料预浸布，酚醛树脂与异丙醇制成固成份70%的树脂，使用
缠绕法进行制作预浸材，制成纤维含量FAW 100g/m 2，树脂含量RC%37%，用55度将溶剂烘烤至VC%1%以下的预浸材，再将预浸材进行积层堆叠成试片，采用成型温度160度，时间50min 进行加压固化，制成2mm 厚度复材试片。
广东省环保局2碳纤维表面处理的实验结果及复合材料性能研究
2.1对碳纤维表面形貌与性质的影响
采用SEM 探究碳纤维表面形貌，经脱浆处理后的碳纤维表面比较光滑（图1a ），而经硝酸浸泡受氧化刻蚀，使碳纤维表面出现沟壑结构，变得比较粗糙（图1b ）；浓硝酸超声处理的碳纤维表面则变得更加粗糙且均匀密集（图1c ），说明，受到硝酸的
氧化刻蚀与超声波冲击表面产生了空化刻蚀两种方法协同处理，在固液界面出现微射流以及冲击波且速度较快，
增加了许多大小不同块状、线状等斑痕或凸起，其表面变得更加粗糙，实现了表面改性。
图1经过不同处理的碳纤维表面SEM 图
经能谱分析，经过脱浆处理的碳纤维表面C 元素含量较高，O 元素含量则与之相反。在硝酸浸泡后，纤维表面的羟基等官能团含量受氧化作用影响而增多11.28%。在浓硝酸超声处理后，超声波的协助作用，碳纤维表面进一步氧化，O 元素含量也随之增多约2倍，进而增加O 元素和C 元素的比例，使活性基团的数量增多。
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2.2对碳纤维干丝拉伸强度的影响
使用万能材料试验机进行测试碳纤维干丝拉伸强度，经过不同的表面处理，碳纤维干丝拉伸强度有不同程度的下降。因为碳纤维表面在处理过程中会受到刻蚀影响，进而降低纤维强度。而且表面刻蚀效果越大，拉伸强度下降越明显。浓硝酸在碳纤维表面带来刻蚀斑，干丝拉伸强度降低了3.7%。而浓硝酸与超声结合的处理方式对碳纤维表面的影响更大，因有明显的刻蚀现象，造成复丝拉伸强度明显下降，下降了5.2%。但在其下降并不多的情况下，表面处理后其表面更加粗糙增加了锚定效果，且空化活性也相对较大，更有利于与酚醛树脂浸润结合，使复合材料界面更紧密连接，更加牢固，制得的复合材料性能更佳[3]。
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2.3对复合材料性能的影响
根据图2可以看出，在经过上浆剂脱除处理后，不同处理方式都可以增加复合材料拉伸和弯曲与冲击强度，其中硝酸超声协同处理的效果最为明显。可见，硝酸氧化和超声处理可以改变碳纤维表面性质，进而提升强度。因浓酸处理会增加碳纤维表面粗糙度，也会增加含氧官能团的数量。超声处理增强碳纤维的分散性，促进硝酸对表面的刻蚀作用，增加了纤维与树脂界面之间的化学键合作用，使二者的结合更加紧密，从而提升了复合材料力学性能。
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