碳纖維(CF)作為一種低密度、高強(qiáng)度、高模量比的纖維材料，具有良好的耐磨性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性和耐酸堿性，已成為一種極具發(fā)展?jié)摿蛷V闊應(yīng)用前景的增強(qiáng)材料。

由于碳纖維表面惰性，復(fù)合材料中碳纖維和基體材料間應(yīng)力載荷無法有效傳遞，直接影響其性能發(fā)揮，限制其規(guī)?；瘧?yīng)用，所以要對碳纖維進(jìn)行表面處理。通過表面改性技術(shù)來提高碳纖維的表面活性，強(qiáng)化碳纖維與基體材料之間的界面性能，改善了其與基體的粘結(jié)效果，從而提高纖維材料在工業(yè)應(yīng)用中的價值。

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涂層法

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涂層法，是指在碳纖維表面涂覆一層聚合物、金屬粒子或無機(jī)非金屬及其復(fù)合物，目的是改變碳纖維的表面潤濕性，增加聚合物基體和碳纖維的相容性。表面涂層處理不僅參與形成纖維/基體間的界面相，減小復(fù)合材料制造過程中纖維/基體間的熱殘余應(yīng)力，而且可以減小應(yīng)力集中，使纖維表面性能平均化。

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等離子處理

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等離子噴涂過程是一個高速碰撞沉積，將熔融或者半熔融狀態(tài)的材料噴涂到經(jīng)過預(yù)處理的基體上形成涂層的過程。等離子處理具有操作簡單、工藝環(huán)保、對原絲的性能和力學(xué)強(qiáng)度破壞性小等優(yōu)點(diǎn)，已成為應(yīng)用較廣的一種研究方法。

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氣相氧化法

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氣相氧化法是采用熱空氣、氧氣(O2)、二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)等氣體為介質(zhì)對CF進(jìn)行氧化處理，處理后CF比表面積和表面粗糙度增加，表面含氧官能團(tuán)的種類和數(shù)量也有所增加，從而提高CF增強(qiáng)復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能。

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液相氧化法

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液相氧化法是以濃硝酸、濃硫酸、過氧化氫等氧化劑與CF長時間接觸，在纖維表面形成羧基、羥基等基團(tuán)，增強(qiáng)與樹脂的結(jié)合力。

電化學(xué)氧化法

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電化學(xué)氧化是利用CF的導(dǎo)電性能，以CF為陽極，石墨、銅板或鎳板等為陰極，在直流電場的作用下，以不同的酸堿鹽的溶液作為電解液，對CF進(jìn)行表面處理的方法。表面電化學(xué)氧化處理的作用為逐層氧化刻蝕與官能團(tuán)變化的復(fù)合作用過程。

表面接枝法

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表面接枝法是將碳纖維置于活性單體氛圍中，在引發(fā)劑作用下，單體與纖維上的活性基團(tuán)或邊緣碳原子進(jìn)行化合反應(yīng)。

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能量束處理法

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利用能量束掃描過程中材料自身的組織結(jié)構(gòu)變化或引入其他材料實(shí)現(xiàn)表面性能的改善。纖維在能量束的照射下會使表面粗化，改善與基體的粘附力。

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稀土處理法

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由于稀土元素的化學(xué)活性再根據(jù)化學(xué)鍵理論，稀土元素可與碳纖維表面的C、O和N原子發(fā)生配位化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)配位鍵合，稀土元素中具有大量電荷，在表面處理碳纖維時，能夠吸引碳纖維碳碳鍵中的電子，導(dǎo)致碳碳鍵的電子元偏移，從而更容易將官能團(tuán)引入碳纖維表面。

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碳纖維改性技術(shù)的關(guān)鍵在于提高碳纖維與基體的結(jié)合程度，提高復(fù)合材料的性能。而隨著環(huán)境問題的日益突出，今后碳纖維表面處理技術(shù)的低成本化、綠色化和連續(xù)生產(chǎn)化將是重點(diǎn)研究方向。

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