碳纤维氧化法表面改性的研究

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　　碳纤维复合材料气相氧(Oxygen)化法碳纤维是性能非常优良的材料，在高端产品上有着非常广泛(extensive)的应用。碳纤维制品由于碳纤维拥有极高的材质特性，因此碳纤维制品的强度大，硬度高，远超过同体积同重量的金属材质。因此，碳纤维制品在航空、航海、军工等高科技工业领域有着广泛的应用。也正是因为如此，此前世界上碳纤维技术发达的国家（美国、德国、日本、韩国），对于向中国输出碳纤维产品和技术，保持着极其谨慎的态度。即使在目前，我国碳纤维以及碳纤维制品的进口，还受到发达国家的严格控制。在碳纤维加工过程(guò chéng)中，由于碳纤维材料外部光滑、化学活性低、低能、惰性大所以材料呈现反应活性低、难以粘结、湿润度低等不好的地方，在和树脂结合的过程当中存在这非常多壁垒(rampart)，限制（limit）了使用空间。因此碳纤维表面处理是提升和保障碳纤维制品性能的必要途径，碳纤维氧化处理改性是最常用的方式方法，下面新材来对这种方法的研究（research)做一下介绍。 copyright 123456
 
 
　　碳纤维气相氧(Oxygen)化法
 
　　气相氧(Oxygen)化法表面改性方法、液相氧化法表面改性方法和电化学氧化法表面改性方法是常用的氧化处理方法。碳纤维制品由于碳纤维拥有极高的材质特性，因此碳纤维制品的强度大，硬度高，远超过同体积同重量的金属材质。因此，碳纤维制品在航空、航海、军工等高科技工业领域有着广泛的应用。也正是因为如此，此前世界上碳纤维技术发达的国家（美国、德国、日本、韩国），对于向中国输出碳纤维产品和技术，保持着极其谨慎的态度。即使在目前，我国碳纤维以及碳纤维制品的进口，还受到发达国家的严格控制。在气相氧化过程中，通常是使用氧化剂的氧化作用，使纤维表面在部分氧化作用下发生改变。其中氧气、臭氧、空气及二氧化碳等含氧气体是常用的氧化剂。研究发现经过气相氧化处理的碳纤维，其断裂强度得到了明显的提高，可提高11%一13%。氧化条件的不同，对复合材料(Material)的力学性能影响也不同，例如:高温氧化或急速氧化均对复合材料的力学性能造成不利的影响，会在碳纤维表面明显地形成许许多多凸凹不平的沟槽，从而使与其复合的材料力学性能有所降低（reduce)。气相氧化法具有设备(shèbèi)简单、反应时间短、易连接、无污染、连续（Continuity)处理等优点。

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　　碳纤维液相氧化（oxidation)法
 
　　液相氧(Oxygen)化法是提高碳纤维/树脂复合材料强度的另一种有效的方法。此方法是通过(tōng guò)用硝酸、酸性高锰(manganese)酸钾(Potassium)等溶液作用于碳纤维表面，使碳纤维表面形成微孔或刻蚀沟槽来增加其表面能。液相氧化法相对于气相氧化法来说，作用比较温和，不会使碳纤维表面形成过度的凹坑和裂解等现象。其中，硝酸是液相氧化中使用最多的溶液，常用的是浓硝酸和不同浓度的硝酸。
 
　　在一定时间内，碳纤维被浓硝酸(分子式为HNO3)和具有一定浓度的硝酸进行表面处理(chǔ lǐ)，处理后，其拉伸强度得到显著（striking）地增强，但时间超过临界值时又会急剧下降。碳纤维生产传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。处理后的碳纤维表面的梭基等基团随着处理时间和温度增大而增多，除此外，还同时受环境温度和试验时间影响，纤维断裂（fracture)强度会在当温度超过10090，时间超过2h时明显下降。利用此方法改性后的碳纤维，在表面形成明显的刻蚀沟槽，比表面积大大地增加，从而，利用此方法改性后的碳纤维与其他材料品质复合时，其粘结强度得到了大大的提高。液相氧(Oxygen)化法的使用由于其排出的大量废酸液会对环境造成污染、操作比较麻烦而受到了很大的限制（limit）。所以液相氧化法多用于间歇表面处理和研究（research)表面处理的机理。

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