电化学氧化法处理碳纤维_行业资讯_行业资讯

碳纤维表面改性是提高 CFRP 复合材料界面结合的有效方法，它主要包括电化学氧化法、等离子体处理法、伽马射线辐照法、气体氧化和酸氧化法、上浆法、碳纳米填料接枝改性法等。

下面详细介绍电化学氧化法：

电化学氧化法（ECO）是工业上一种常用的碳纤维表面改性方法。它具有简单、可控、处理效率高和对纤维本身损伤小的特点。经电化学氧化处理后的碳纤维其表面粗糙度增加，有利于纤维与基体之间的机械锚接。同时碳纤维表面含氧官能团（如羧基和羟基）增多，也会促进纤维与基体之间的化学键接，有利于 CFRP 复合材料界面性能的提高。

电化学氧化处理一定程度上会降低碳纤维自身的力学性能，因此，将电化学氧化与其它改性手段相结合成为碳纤维改性的理想选择。比如，采用两步法改性碳纤维，先将碳纤维进行电化学氧化，再接枝硅烷偶联剂。结果发现仅使用电化学氧化处理时，能在碳纤维表面引入大量含氧基团，使得 CF/EP 复合材料的 ILSS 和 IFSS 分别提高 20.6%和 16.0%。但基于电化学氧化对碳纤维表面的化学氧化和蚀刻，使 CF/EP 复合材料的拉伸强度下降 11.5%。当采用两步法时，复合材料的 ILSS，IFSS 以及拉伸强度分别提高了 61.2%，73.1%和 17.1%。

再如，用电化学氧化法来活化碳纤维，然后通过电化学接枝处理将二乙烯三胺接枝到碳纤维表面，发现改性处理使 CF/EP 复合材料的 ILSS 提高了 257.1%。另外，对碳纤维分别进行酸化、上浆、硅烷偶联剂处理以及电化学氧化处理，然后再进行氧化石墨烯（GO）的电泳沉积处理。结果发现电化学氧化和电泳沉积相结合时获得的碳纤维具有更强的 IFSS 以及电导率增强效果。与未改性的复合材料相比，GO/CF-ECO/EP 复合材料的 IFSS，厚度方向以及面内方向电导率分别提高了 60.6%，350%和 34.7%。

电化学氧化法根据不同的情况选择相应的电解质，常用的电解质有硫酸、氢氧化钠、碳酸氢铵等，而酸性电解质溶液具有更高的氧化程度。电解质不仅起到增加电解质溶液导电性的作用，而且会对碳纤维和环氧树脂基体之间的界面性能产生不同的影响。之前有研究表明, 当碳纤维在氢氧化钠溶液中进行电化学氧化时碳纤维表面会有碎片脱落，分散到电解质溶液中后会使其变成棕色。而当碳纤维在硫酸溶液中进行电化学氧化时，电解质溶液不变色，也无碎片剥落。

在氢氧化钠和硫酸两种电解质溶液中进行电化学氧化时碳纤维表面石墨烯层的剥离机理（如下图），认为当电解质为硫酸时，SO42-离子只能吸附到碳纤维表面、一些大孔上和凹槽上，只有碳层边缘区域得以氧化，因此产生的含氧官能团多而集中。随着氧化的进行，边缘受到蚀刻且凹槽更深，但表面碳层仍在。当电解质为氢氧化钠时，OH-离子能插入碳层边缘的晶区和非晶区，一些电子被直接捕获后产生的氧原子相互结合产生氧气并从碳纤维表面逸出。碳纤维表面含氧官能团较少但分布较为分散。这就解释了尽管碳纤维在硫酸电解质中产生更多的含氧官能团，但与环氧树脂基体的界面结合性能却不如电解质为氢氧化钠时的界面结合性能。
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