碳纤维界面改性——等离子体处理

界面作为碳纤维的重要组成部分，是决定其合成工艺、综合性能和应用场景的关键因素之一，研究碳纤维复材界面问题具有重要意义。

碳纤维等离子体表面改性

 

北京航空航天大学肇研团队对国产T800级高强碳纤维（航空工业复材）表面改性展开研究，考察等离子体处理对国产T800级碳纤维表面物理形貌、化学活性和力学性能等的影响，探究不同处理时间的碳纤维环氧复合材料界面结合性能变化及规律。

碳纤维单丝拉伸强度和表面形貌在等离子体处理小于3min时，均未发生变化。处理6min后，碳纤维拉伸强度显著下降，表面逐渐被刻蚀，时间继续增加，碳纤维表面粗糙度明显提高。

 

XPS表征结果表明，未处理碳纤维的O/C比仅为6.67%，呈现极低的化学活性，等离子体处理仅1min，O/C增至16.63%。处理时间继续延长，碳纤维表面O/C未发生显著增加，维持在18%左右。

对碳纤维表面C1s峰进行分峰拟合，碳纤维表面各官能团含量随等离子体处理时间的变化如下表所示。处理时间1min时，活性碳原子比例由10.6%增至29.6%，直接达到最大值。随等离子体处理时间继续延长，活性碳原子比例基本不变，当时间为12min，该比例出现下降。

 

考察等离子体处理时间对国产碳纤维环氧复合材料IFSS的影响，结果表明，等离子体处理可显著地提高碳纤维环氧树脂复合材料的IFSS，随处理时间的增加，IFSS呈先增后减的趋势，在处理时间3min时，IFSS达到最大值88.61MPa。

 

综上所述，等离子体处理后碳纤维表面O原子含量和活性官能团含量迅速显著增加，而表面粗糙度需较长时间（12min）才发生一定增加，表明国产T800碳纤维复合材料界面性能主要受其表面化学活性影响。当等离子体处理时间为 3min 时，碳纤维表面O/C比为17.54%，活性碳原子比例高达27.0%，且单丝拉伸强度未受影响，其与环氧树脂的界面剪切强度达到最高88.61MPa。

参考文献：[1]熊舒,肇研,柳肇博.等离子体处理对国产高强碳纤维复合材料界面性能影响研究[J/OL].化工新型材料:1-7.