碳纖維氧化法表面改性的研究

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　　碳纖維復合材料氣相氧(Oxygen)化法碳纖維是性能非常優良的材料，在高端產品上有著非常廣泛(extensive)的應用。碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質特性，因此碳纖維制品的強度大，硬度高，遠超過同體積同重量的金屬材質。因此，碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業領域有著廣泛的應用。也正是因為如此，此前世界上碳纖維技術發達的國家（美國、德國、日本、韓國），對于向中國輸出碳纖維產品和技術，保持著極其謹慎的態度。即使在目前，我國碳纖維以及碳纖維制品的進口，還受到發達國家的嚴格控制。在碳纖維加工過程(guò chéng)中，由于碳纖維材料外部光滑、化學活性低、低能、惰性大所以材料呈現反應活性低、難以粘結、濕潤度低等不好的地方，在和樹脂結合的過程當中存在這非常多壁壘(rampart)，限制（limit）了使用空間。因此碳纖維表面處理是提升和保障碳纖維制品性能的必要途徑，碳纖維氧化處理改性是最常用的方式方法，下面新材來對這種方法的研究（research)做一下介紹。 copyright 123456
 
 
　　碳纖維氣相氧(Oxygen)化法
 
　　氣相氧(Oxygen)化法表面改性方法、液相氧化法表面改性方法和電化學氧化法表面改性方法是常用的氧化處理方法。碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質特性，因此碳纖維制品的強度大，硬度高，遠超過同體積同重量的金屬材質。因此，碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業領域有著廣泛的應用。也正是因為如此，此前世界上碳纖維技術發達的國家（美國、德國、日本、韓國），對于向中國輸出碳纖維產品和技術，保持著極其謹慎的態度。即使在目前，我國碳纖維以及碳纖維制品的進口，還受到發達國家的嚴格控制。在氣相氧化過程中，通常是使用氧化劑的氧化作用，使纖維表面在部分氧化作用下發生改變。其中氧氣、臭氧、空氣及二氧化碳等含氧氣體是常用的氧化劑。研究發現經過氣相氧化處理的碳纖維，其斷裂強度得到了明顯的提高，可提高11%一13%。氧化條件的不同，對復合材料(Material)的力學性能影響也不同，例如:高溫氧化或急速氧化均對復合材料的力學性能造成不利的影響，會在碳纖維表面明顯地形成許許多多凸凹不平的溝槽，從而使與其復合的材料力學性能有所降低（reduce)。氣相氧化法具有設備(shèbèi)簡單、反應時間短、易連接、無污染、連續（Continuity)處理等優點。

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　　碳纖維液相氧化（oxidation)法
 
　　液相氧(Oxygen)化法是提高碳纖維/樹脂復合材料強度的另一種有效的方法。此方法是通過(tōng guò)用硝酸、酸性高錳(manganese)酸鉀(Potassium)等溶液作用于碳纖維表面，使碳纖維表面形成微孔或刻蝕溝槽來增加其表面能。液相氧化法相對于氣相氧化法來說，作用比較溫和，不會使碳纖維表面形成過度的凹坑和裂解等現象。其中，硝酸是液相氧化中使用最多的溶液，常用的是濃硝酸和不同濃度的硝酸。
 
　　在一定時間內，碳纖維被濃硝酸(分子式為HNO3)和具有一定濃度的硝酸進行表面處理(chǔ lǐ)，處理后，其拉伸強度得到顯著（striking）地增強，但時間超過臨界值時又會急劇下降。碳纖維生產傳統的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。處理后的碳纖維表面的梭基等基團隨著處理時間和溫度增大而增多，除此外，還同時受環境溫度和試驗時間影響，纖維斷裂（fracture)強度會在當溫度超過10090，時間超過2h時明顯下降。利用此方法改性后的碳纖維，在表面形成明顯的刻蝕溝槽，比表面積大大地增加，從而，利用此方法改性后的碳纖維與其他材料品質復合時，其粘結強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廢酸液會對環境造成污染、操作比較麻煩而受到了很大的限制（limit）。所以液相氧化法多用于間歇表面處理和研究（research)表面處理的機理。

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