尼龍用碳纖維表面改性方法詳談

     尼龍用碳纖維表面改性方法詳談：
     一、濕法改性
     1.上漿處理
    上漿處理可以在纖維表面引入大量活性官能團(tuán)，提高CF的表面活性，產(chǎn)生的官能團(tuán)會(huì)進(jìn)一步與基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而使纖維與樹脂基體結(jié)合得更加緊密。該方法不會(huì)使纖維表面產(chǎn)生缺陷，同時(shí)不會(huì)影響其拉伸強(qiáng)度。上漿劑的選擇很重要，其與CF的相容性直接決定了CF與基體界面的粘結(jié)性，故CF上漿是一個(gè)十分復(fù)雜的過程。當(dāng)上漿劑擴(kuò)散到聚合物基體中會(huì)對(duì)復(fù)合材料的界面強(qiáng)度產(chǎn)生影響，界面強(qiáng)度增強(qiáng)還是降低取決于它們之間的相容性。若上漿劑中的官能團(tuán)對(duì)CF具有優(yōu)先選擇性，則不利于纖維在基體中的均勻分散，導(dǎo)致纖維與基體之間形成薄弱界面。     2.液相氧化法
     液相氧化法是通過將CF置于強(qiáng)酸（如濃硝酸）溶液，使得纖維表面發(fā)生氧化生成—COOH和—OH等基團(tuán)，提高了CF的表面活性。同時(shí)強(qiáng)酸會(huì)腐蝕CF表面，使其表面的粗糙度增加，甚至?xí)谄浔砻嫘纬晌g孔，增加CF與PA基體間的機(jī)械嵌鎖力。CF在強(qiáng)酸氧化過程中表面粗糙度有所增加，同時(shí)會(huì)在其表面形成坑槽和微裂縫等缺陷，但這會(huì)導(dǎo)致單根CF的強(qiáng)度降低。除濃硝酸氧化外，也可以采用甲酸對(duì)CF表面進(jìn)行氧化處理。
    3.陽極電解氧化法
     電化學(xué)改性是另一種重要的CF表面改性方法。在陽極電解氧化法中，CF作為陽極，而陰極通常為石墨。通過電解使得CF表面發(fā)生氧化反應(yīng)，生成含氧官能團(tuán)，提高了CF的表面能和粗糙度。但陽極氧化法在提高CF與PA界面結(jié)合的同時(shí)，也會(huì)對(duì)單根CF的強(qiáng)度造成損害。
     二、納米材料多尺度改性     納米材料改性纖維表面主要有兩種方法。一種方法是通過簡(jiǎn)單的浸涂方法，將纖維浸入含有納米材料的懸浮液中；另一種方法是通過沉積技術(shù)，如化學(xué)氣相沉積(CVD ) 和注入化學(xué)氣相沉積(ICVD) 將這些納米材料直接接枝到纖維表面。這兩種技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，例如后者可以提高纖維／基體界面粘結(jié)強(qiáng)度，但卻會(huì)使單纖維強(qiáng)度降低。而采用浸涂法在CF表面引入納米材料，可增加CF表面粗糙度，同時(shí)改變纖維表面活性，進(jìn)而增強(qiáng)CF與PA界面間的化學(xué)鍵合力。
     三、干法改性
     1.輻照處理法
     輻照處理作為聚合物改性的一種高新技術(shù)，具有環(huán)保、節(jié)能、高效和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。此技術(shù)可以有效增強(qiáng)CF與PA基體的界面粘合力，又不會(huì)對(duì)CF本身強(qiáng)度造成損失。輻照光源有X射線、γ射線、電子束、微波和紫外光。其中γ射線最常用來對(duì)CF表面進(jìn)行改性，經(jīng)γ射線輻照的CF表面較未改性CF變得更加粗糙，使得CF與PA基體之間的機(jī)械嵌鎖力增加。     與其它表面處理方法相比，輻照處理具有明顯的優(yōu)勢(shì)。該方法高效節(jié)能、操作簡(jiǎn)單，不會(huì)在CF 表面引進(jìn)其它雜質(zhì)，最重要的是適當(dāng)?shù)妮椪仗幚聿粫?huì)破壞纖維本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性。但是，輻照處理還存在其它不足的地方，如設(shè)備比較昂貴；對(duì)CF的改性的機(jī)理還不能完全掌握，改性結(jié)果存在不確定性。
     2.氣相氧化法
     氣相氧化法是直接將碳纖維（CF）置于氧化性氣體中進(jìn)行表面氧化處理的一種方法。氣相氧化法操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，對(duì)纖維改性效果較好。此方法主要是通過對(duì)CF表面進(jìn)行氧化，使CF表面變得更加粗糙，提高CF與尼龍（PA）樹脂基體間的機(jī)械嵌鎖力。同時(shí)引入活性官能團(tuán)增加CF表面能，增加與PA基體間化學(xué)鍵合力。另外，經(jīng)氧化處理改性的CF表面易生成羧基(—COOH) 和羥基(—OH) 官能團(tuán)，其易與PA基體中的酰胺鍵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在CF與樹脂基體之間形成化學(xué)鍵，使CF 與PA 樹脂基體間的相互作用力增強(qiáng)。除了空氣外，臭氧(O3) 也可以作為氧化劑對(duì)CF表面進(jìn)行氧化，用O3對(duì)PA6／CF復(fù)合材料進(jìn)行氧化可以引入—COOH，纖維與基體界面粘結(jié)力增強(qiáng)。
     3.等離子體氧化法
     等離子體氧化法是一種重要的CF改性方法。CF經(jīng)等離子體處理后在其表面生成了含氧官能團(tuán)如—OH、醚基和羰基等活性官能團(tuán)。目前最常用的是利用低溫等離子體對(duì)CF表面進(jìn)行改性。如利用空氣等離子體對(duì)CF表面進(jìn)行改性，可使CF表面生成大量含氧極性官能團(tuán)，提高了CF與PA基體潤(rùn)濕性和相互作用力，同時(shí)此改性方法不會(huì)對(duì)CF自身強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。

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